[en] Inflammatory bowel disorders – such as Inflammatory Bowel Disease (IBD) – are rising worldwide. A well-known feature of IBD is dysbiosis of the gut microbiota, characterized by a significant reduction of beneficial strains and a sharp increase in facultative anaerobes, as is the case of Adherent Invasive E. coli (AIEC). Even though the implication of the microbiota in persistent inflammation has been studied for years, a direct causal relationship between dysbiosis and IBD has not been established. To date, several strategies, such as the use of probiotics, have been proposed to counteract the microbial imbalance. Nevertheless, probiotics are thought to impair the return of the indigenous microbiome, and to aggravate inflammation in immune compromised patients. Recently, postbiotics – bacterial-free metabolites secreted by probiotic strains – have been proposed as a better and safer strategy to counterbalance the effects of intestinal inflammation. The intestinal epithelium is the first layer the luminal bacteria interact with. It is composed by a thin monolayer of cells that form a protective barrier against potential detrimental antigens along the whole gut. Thus, the study of epithelial responses to bacteria or their derived metabolites is of great importance to understand intestinal health and disease. Recent advances in the use of primary epithelial cell culture using freshly isolated human intestinal crypts as starting material offers a more faithful representation of the human gut compared to immortalized cell lines. In the first study of this thesis, we describe for the first time the use of a primary epithelial bidimensional (2D) model derived from 3D organoid cultures as a successful tool to study AIEC infection and its effects on the host epithelium at early and extended infection periods. We proved that this ex vivo culture adopts an appropriate cell polarization and orientation, thus becoming a promising resource to study the interactions of the luminal content with host epithelial cells. Importantly, we showed a strain and time-specific response of primary human intestinal epithelial cells when infected with AIEC and non-AIEC strains thus supporting the use of our system to study the functional consequences of AIEC infection on the intestinal epithelium. This 2D primary cell culture system derived from intestinal organoids was also employed in the second part of this thesis to explore the putative beneficial properties of postbiotics in the epithelial response to inflammatory stimuli. Transcriptomic analysis of 2D cultures pre- treated with postbiotics points towards an effect of the metabolite-cocktail in reverting the inflammatory status of the intestinal epithelium. Moreover, postbiotics induced the differential expression of several genes on intact primary epithelial cells, demonstrating their potential in contributing to maintenance of homeostasis. Overall, the human primary organoid-derived monolayer provides a promising tool for elucidating the potentially detrimental or beneficial mechanisms underlying the crosstalk of bacteria and its metabolites with the intestinal epithelium. Moreover, the capacity of this culture to respond and mimic the pro-inflammatory environment in vitro, may expand its use in modeling bacteria-host interactions in the context of intestinal inflammatory disorders, such as IBD.

[es] Los trastornos inflamatorios intestinales, como la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), están aumentando en todo el mundo. Un rasgo muy conocido de la EII es la disbiosis de la microbiota intestinal, caracterizada por una reducción significativa de las cepas beneficiosas y un fuerte aumento de los anaerobios facultativos, como es el caso de la E. coli Adherente Invasiva (AIEC). Aunque la implicación de la microbiota en la inflamación persistente se ha estudiado durante años, no se ha establecido una relación causal directa entre la disbiosis y la EII. Hasta la fecha, se han propuesto varias estrategias, como el uso de probióticos, para contrarrestar el desbalance microbiano. Sin embargo, se cree que los probióticos perjudican el retorno del microbioma autóctono y pueden agravar la inflamación en los pacientes inmunocomprometidos. Recientemente, los postbióticos – metabolitos libres de bacterias secretados por cepas probióticas – se han propuesto como una mejor y más segura estrategia para mitigar los efectos de la inflamación intestinal. El epitelio intestinal es la primera capa con la que interactúan las bacterias del lumen intestinal. Éste está compuesto por una fina monocapa de células que forman una barrera protectora, a lo largo de todo el intestino, contra posibles antígenos perjudiciales. Por ello, el estudio de las respuestas del epitelio a las bacterias o a sus metabolitos es de gran importancia para comprender la función intestinal en un estado tanto saludable como de inflamación. Los recientes avances en el uso de cultivos primarios de células epiteliales utilizando células derivadas de criptas intestinales humanas como material de partida, ofrecen una representación más fiel del intestino humano en comparación con las líneas celulares inmortalizadas. En el primer estudio de esta tesis, describimos por primera vez el uso de un modelo de epitelio intestinal en conformación bidimensional (2D) derivado de organoides intestinales como herramienta para estudiar la infección por AIEC así como sus efectos en el epitelio del huésped en períodos de infección tempranos y prolongados. Demostramos que este cultivo ex vivo adopta una polarización y orientación celular adecuadas, convirtiéndose así en un recurso prometedor para estudiar las interacciones del contenido del lumen intestinal con las células epiteliales del huésped. Es importante destacar que mostramos una respuesta de las células epiteliales primarias del intestino humano que es específica de la cepa empleada (AIEC o no-AIEC) y del tiempo de infección. Estos resultados dan soporte al uso de nuestro sistema para estudiar las consecuencias funcionales de la infección por AIEC en el epitelio intestinal. Este sistema de cultivo celular primario 2D derivado de organoides intestinales también se empleó en la segunda parte de esta tesis para explorar las supuestas propiedades beneficiosas de los postbióticos en la respuesta del epitelio a varios estímulos inflamatorios. El análisis transcriptómico de los cultivos 2D pre-tratados con postbióticos apunta a un efecto del cóctel de metabolitos en la reversión del estado inflamatorio del epitelio intestinal. Además, los postbióticos indujeron la expresión diferencial de varios genes en las células epiteliales primarias intactas, demostrando su potencial para contribuir al mantenimiento de la homeostasis intestinal. En general, el cultivo primario en monocapa derivado de organoides humanos constituye una herramienta prometedora para dilucidar los mecanismos potencialmente perjudiciales o beneficiosos que subyacen a la interacción de las bacterias y sus metabolitos con el epitelio intestinal. Además, la capacidad de este cultivo para responder y simular el entorno pro- inflamatorio in vitro, puede ampliar su uso en la modelización de las interacciones bacteria- huésped en el contexto de los trastornos inflamatorios intestinales, como la EII.