Mikrobielle Interaktionen und Prozesse

Unsere Forschung

Obwohl wir relativ viel über einzelne Mikroorganismen wissen, haben wir nur sehr geringe Kenntnisse über ihr Zusammenwirken in komplexen Lebensgemeinschaften. Diese können aus Millionen von Zellen und hunderten oder sogar tausenden von Arten bestehen. Da solche Lebensgemeinschaften auch auf und in uns vorkommen, ist es wichtig, ihr Zusammenleben zu kennen – denn obwohl die meisten dieser Gemeinschaften in friedlicher Koexistenz mit uns leben, bringen sie doch immer wieder gefährliche Krankheitserreger hervor.

Das Komplizierte an der Erforschung der natürlichen Bakterien des Menschen (humane Mikrobiota) ist, dass sie eine hochsensible Gemeinschaft bilden, die sich nicht an die Laborregeln hält: Sie lassen sich nur schlecht kultivieren. Die meisten von ihnen mögen es überhaupt nicht, von ihren Lebensgefährten getrennt zu werden und als Reinkulturen in Petrischalen gezüchtet zu werden. Um mikrobielle Gemeinschaften zu verstehen, ist es notwendig, Methoden zu verwenden, die ursprünglich nicht aus der Infektionsforschung stammen, sondern aus der Ökologie. 

Für unsere Forschung von besonderer Bedeutung ist die enge Zusammenarbeit mit Klinikern und die Analyse von Proben mit klinischer Relevanz. Wir nutzen eine kostengünstige Analysepipeline, die es ermöglicht, im Hochdurchsatz die mikrobielle Gemeinschaft in humanen Proben zu bestimmen, und somit Hinweise auf den Zusammenhang zwischen Erkrankung oder Umwelteinflüssen und der Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften zu liefern. Hierbei sind wir in Pilotstudien zur Identifikation mikrobieller Risikofaktoren oder zur rationalen Veränderung mikrobieller Gemeinschaften beteiligt. Zentrale Forschunsschwerpunkte sind die Analyse und Quantifizierung spezifischer die menschliche Gesundheit beeinflussender Funktionen und die Untersuchung der Aktivität mikrobieller oder "pathogener" Gemeinschaften in vivo.

Beispiel Nase und Haut

Die menschlichen Nasenhöhlen sind die Hauptquelle und der größte Risikofaktor für Infektionen durch Staphylococcus aureus. Diese Bakterien entwickeln zunehmend Resistenzen und sind für ein großes Spektrum von Infektionskrankheiten verantwortlich. Wir untersuchen die Wechselwirkungen zwischen S. aureus und anderen mikrobiellen Arten, charakterisieren Verteilungsmuster, die helfen könnten S. aureus aus der Nase zu verdrängen und charakterisieren die in vivo Aktivität von S. aureus um mögliche Interventionsstrategien zu identifizieren. 

Die Analyse der in vivo Aktivitäten nutzen wir auch, um Infektionen wie nekrotisierende Fasciitis, die durch einzelne Erreger wie S. aureus oder Streptococcus pyogenes, aber auch durch interagierende mikrobielle Gemeinschaften  hervorgerufen werden, besser verstehen und bekämpfen zu können. Diese Analysen erlauben auch, die Interaktion zwischen "pathogener Gemeinschaft" und Wirt zu enetschlüsseln.

Beispiel Darm

Die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft des menschlichen Darms wird durch unsere Gene und Umweltfaktoren wie beispielsweise unsere Ernährung bestimmt. Durch eine detaillierte Analyse der Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften wollen wir verstehen,  wie sich die Mikrobiota bei bestimmten Erkrankungen ändert, und ob diese Veränderung den Krankheitsverlauf beeinflussen. 

Die Tätigkeit der Bakterien im menschlichen Körper ist wichtig für unsere Gesundheit, kann aber unter bestimmten Bedingungen auch schaden. So ist die Bildung kurzkettiger Fettsäuren ein wichtiger Faktor für die Gesunderhaltung des Menschen, da sie das Darmepithelium stärken und die lokale Immunabwehr stabilisieren. Andere metabolische Produkte werden mit Erkrankungen in Verbindung gebracht, wie zum Beispiel Trimethylamin, welches im Verdacht steht, Atherosklerose und Herz-Kreislauferkrankungen zu fördern. Durch eine detaillierte Analyse solcher zentraler Funktionen der Mikrobiota sollen genauere Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen der Darmmikrobiota und Erkrankungen gewonnen werden, um ein gezieltes, personenspezifisches Eingreifen zu ermöglichen.