The internal and external microbiome and early life exposure to ambient air pollution. Is there a potential link with cardiovascular development in early life?

Abstract

Whether indoor or outdoor, air pollution is one of the serious problems the world is currently facing. Exposure to household and ambient air pollution exerts wideranging and harmful effects on the environment and our health. It is estimated to cause 7 million premature deaths each year and results in the loss of millions more healthy years of life. Monitoring air quality and investigating the impact on human health are vital steps that must be taken to ensure clean air and fulfill the right to a healthy environment. We spend a substantial proportion of our life indoors. Indoor air quality, therefore, plays a significant role in determining our health. Nonetheless, the awareness and control of indoor air quality are often inadequate. Plants have already proven to be suitable biomonitors for air pollution. In chapter 1, we investigated the use of the label-free detection of combustion-derived particles (CDPs) on plants as a monitoring tool for indoor pollution. We show that, combined with this label-free detection, ivy plants can be effectively used in indoor atmospheric monitoring studies. Air pollution also poses threats to ecosystem dynamics such as plants. The phyllosphere is an ecosystem that hosts a large and diverse microbial community. In chapter 2, we investigated whether ambient air pollution and traffic-related factors may shape the phylloplane community of indoor ivy plants. An increase in traffic-related exposure was linked with taxa loss, expressed in lower phyllosphere alpha diversity and higher abundances of typical phyllosphere bacteria. According to Barker’s hypothesis, prenatal and perinatal exposure to environmental factors may significantly influence an individual’s short- and longterm health. Our cardiovascular system is one of the systems primarily affected by air pollution. As cardiovascular health in adulthood could find its roots during prenatal development, in chapter 3, we investigated the association between pre-and postnatal air pollution exposure and heat-induced skin hyperemia in children. We found that the third trimester during pregnancy is a crucial period. Exposure to black carbon (BC), particulate matter < 10 µm in diameter (PM10), particulate matter < 2.5 µm in diameter (PM2.5), and nitric dioxide (NO2) during the third trimester of pregnancy is inversely associated with skin hyperemia in children. The microbiome of the plant can influence human health via its passage through the nasal route and digestive tract and can influence our gut microbiome. In addition, the microbiome of the gut is key to many aspects of human health. In chapter 4, we discuss the microbiome studies at the interface of plants and humans by establishing a linkage between the two. We found that the microbiome of the plant and gut is associated with the blood pressure of four-to-six-year-old children. The take-home messages of each chapter in this dissertation are concisely summarized in table 1 about what is already known on the subject from literature, what the study adds to the knowledge of the respective research domain, and the future perspectives that result from the conclusions of each study.

Luchtvervuiling is één van de ernstige problemen waarmee de wereld momenteel wordt geconfronteerd. Blootstelling aan luchtvervuiling, zowel binnen als buiten, heeft verstrekkende en schadelijke effecten op onze gezondheid én op het milieu. Luchtvervuiling veroorzaakt naar schatting jaarlijks 7 miljoen vroegtijdige sterfgevallen. Het monitoren van de luchtkwaliteit en het onderzoeken van de gevolgen voor de menselijke gezondheid zijn belangrijke stappen die genomen moeten worden om schone lucht en een gezond milieu te kunnen garanderen. We brengen een aanzienlijk deel van ons leven binnenshuis door, onze gezondheid wordt daarom sterk beïnvloed door de kwaliteit van de binnenlucht. Toch is de controle en het zich bewust zijn van de luchtkwaliteit binnenshuis vaak ontoereikend. Studies hebben aangetoond dat planten geschikte biomonitors zijn voor luchtvervuiling. In hoofdstuk 1 onderzochten we het gebruik van een labelvrije detectiemethode van koolstofdeeltjes op klimopplanten als monitoringsinstrument voor vervuiling binnenshuis. We tonen aan dat, in combinatie met deze label-vrije detectiemethode, klimopplanten effectief kunnen worden gebruikt in studies die de luchtkwaliteit binnenshuis monitoren. Luchtverontreiniging vormt ook een bedreiging voor ecosystemen, zoals planten. De fylosfeer, het bovengrondse gedeelte van een plant, is een ecosysteem met een grote en diverse microbiële gemeenschap. In hoofdstuk 2 onderzochten we of luchtvervuiling en verkeer-gerelateerde factoren de bacteriële gemeenschap aanwezig op klimopbladeren binnenshuis kunnen beïnvloeden. Een toename van verkeer-gerelateerde blootstelling was geassocieerd met taxaverlies, uitgedrukt in lagere alfadiversiteit van de fylosfeer en hogere aanwezigheid van typische bacteriën van de fylosfeer. Volgens de hypothese van Barker kan prenatale en perinatale blootstelling aan omgevingsfactoren de gezondheid van een individu op korte en lange termijn aanzienlijk beïnvloeden. Ons cardiovasculaire systeem is één van de systemen die het meest wordt beïnvloed door luchtvervuiling. Aangezien de cardiovasculaire gezondheid op volwassen leeftijd mogelijks zijn oorsprong vindt tijdens de prenatale ontwikkeling, hebben we in hoofdstuk 3 de associatie onderzocht tussen pre- en postnatale blootstelling aan luchtverontreiniging en perfusie van de huid bij jonge kinderen. We ontdekten dat het derde trimester van de zwangerschap een cruciale periode is. Blootstelling aan roet (BC), fijn stof met een diameter < 10 µm (PM10), fijn stof met een diameter < 2.5 µm (PM2.5) en stikstofdioxide (NO2) tijdens het derde trimester van de zwangerschap is negatief geassocieerd met perfusie van de huid bij kinderen. Het microbioom van een kamerplant kan de menselijke gezondheid beïnvloeden via de passage van bacteriën door de neus en het spijsverteringskanaal en kan op die manier ons darmmicrobioom beïnvloeden. Bovendien speelt onze darmflora een belangrijke rol in onze gezondheid. In hoofdstuk 4 bespreken we de microbioomstudies van planten en mensen door een verband tussen beide te leggen. Onze studie toont aan dat het microbioom van de plant en de darm geassocieerd is met de bloeddruk van vier tot zes jaar oude kinderen. De belangrijkste aspecten van elk hoofdstuk in dit proefschrift zijn beknopt samengevat in tabel 1 met name over wat er al bekend is over het onderwerp uit de literatuur, wat het onderzoek toevoegt aan de kennis van het respectievelijke onderzoeksdomein en de toekomstperspectieven die voortvloeien uit de conclusies van elke studie.