Residential green as a determinant of the indoor microbiota and the link with early-life cognition

Abstract

It is well established that exposure to greener environments is associated with an improved mental wellbeing and with cognitive developmental processes. Of particular interest are the vulnerable windows of fetal and childhood development, characterized by neuronal networks that are highly susceptible to environmental exposures and in which changes to cognitive-related outcomes are proven to have profound effects in later-life. However, the underlying biological mechanisms through which green space can exert its influence on cognition are still being investigated. Considering the fact that surrounding green space accommodates highly diverse microbial communities, one of the proposed explanations is through the exposure to environmental microbial agents. Within this PhD project the main objective was to investigate the associations between early life exposure to residential green and cognitive and behavioral development in the first years of life. In addition, within this PhD project we wanted to elucidate the underlying mechanisms interconnecting residential green and early-life cognition, with a specific focus on the role of the indoor dust microbiota. The work for this thesis was conducted within the Environmental Influences on Early Ageing (ENVIRONAGE) birth cohort through which detailed data on exposure information and clinical outcomes from newborns and children could be obtained. In addition, we performed visits to the homes of four to six year old children to characterize the indoor settled dust microbiota. This dissertation starts with a general introduction, followed by the research outputs and ends with a general discussion and conclusions. The research outputs are divided in three parts and five chapters. Part I includes the research on the influence of green space exposures on cognition-related outcomes, and includes two chapters (Chapter one and two) In Chapter one, we investigated the association between green space exposure and behavior and cognitive function of children aged four to six years. In Chapter two, we investigated the relationship between maternal green space exposure during pregnancy and DNA methylation of the placental serotonin receptor, HTR2A, which is involved in infant neurobehavioral outcomes. A proposed underlying mechanism through which green space may influence cognition is through exposure to environmental microbial communities. Therefore, in part II, we first investigated green space (Chapter three) and indoor green, as represented by indoor plants (Chapter four) as potential determinants of indoor dust microbial communities. Finally, in part III consisting of Chapter five, we investigated the association between exposure to indoor dust microbiota and behavioral and cognitive function of children. A summary of each chapter is shown in Table 1.

Het is algemeen bekend dat blootstelling aan groenere omgevingen kan worden gelinkt aan een verbeterd mentaal welzijn en dat deze betrokken is bij cognitieve ontwikkelingsprocessen. Van bijzonder belang zijn de kwetsbare ontwikkelingsfasen, namelijk de prenatale periode en de kindertijd, die gekenmerkt zijn door neuronale netwerken die zeer gevoelig zijn voor blootstelling aan de omgeving en waarvan is aangetoond dat cognitiegerelateerde veranderingen ingrijpende effecten kunnen hebben op het latere leven. Er is echter nog onderzoek nodig naar de onderliggende biologische mechanismen waardoor groene ruimte van invloed is op cognitie. Aangezien de omliggende groene ruimte zeer diverse microbiële gemeenschappen bevat, wordt de blootstelling aan microbiota in de natuurlijk omgeving voorgesteld als één van de mogelijke verklaringen. Binnen dit doctoraatsproject was het hoofddoel het onderzoeken van de associaties tussen de blootstelling van residentieel groen op jonge leeftijd en de ontwikkeling van gedrag en cognitie in de eerste levensjaren. Daarboven, wilden we de relaties en onderliggende mechanismen die residentieel groen en cognitie op jonge leeftijd met elkaar verbinden ophelderen, met een specifieke focus op de rol van microbiota in binnenhuisstof. Het werk voor dit proefschrift is uitgevoerd binnen het geboortecohort Environmental Influences on Early Aging (ENVIRONAGE), waarmee gedetailleerde blootstellingsinformatie en klinische uitkomsten van de prenatale periode en de kindertijd konden worden verkregen. Daarnaast hebben we huisbezoeken uitgevoerd bij vier tot zesjarige kinderen om de microbiota in huisstof te karakteriseren. Dit proefschrift start met een algemene introductie, gevolgd door de onderzoeksoutput en eindigt met een algemene discussie en conclusie. De onderzoeksoutput is opgedeeld in drie delen en vijf hoofdstukken die zijn onderverdeeld in drie delen. Deel I omvat het onderzoek naar de invloed van de blootstelling aan groene ruimte en cognitie-gerelateerde gezondheidsuitkomsten (Hoofdstuk één en twee). In Hoofdstuk één onderzochten we de associatie tussen blootstelling aan groene ruimte en gedrag en cognitieve functie van kinderen van vier tot zes jaar. In Hoofdstuk twee hebben we de relatie onderzocht tussen blootstelling van de moeder aan groene ruimte tijdens de zwangerschap en DNA-methylatie van de placenta serotoninereceptor, HTR2A, die betrokken is bij neurologische gedragsuitkomsten bij pasgeborenen. Een voorgesteld onderliggend mechanisme waardoor groene ruimte een invloed kan hebben op cognitie, is via de blootstelling aan microbiële gemeenschappen. Daarom hebben we in deel II eerst groene ruimte onderzocht (in Hoofdstuk drie) en groen binnenshuis, vertegenwoordigd door kamerplanten, (in Hoofdstuk vier) als potentiële determinanten van microbiële gemeenschappen in huisstof. Ten slotte, in deel III, bestaande uit Hoofdstuk vijf, onderzochten we de associatie tussen de blootstelling aan microbiota in huisstof en cognitie van kinderen. Een samenvatting van elk hoofdstuk wordt getoond in Tabel 1.