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Bakterielle Infektionsökologie

HZI Campus

Mikrobielle Gemeinschaften besiedeln viele Regionen unseres Körpers und haben einen entscheidenden Einfluss auf unsere Gesundheit. So schützen uns unsere Mikroben vor Krankheitserregern. Wie sich die verschiedenen Mikroben jedoch anordnen und organisieren, um gesundheitliche Effekte zu erzielen, ist weitgehend unbekannt. Wir entwickeln im Labor Methoden zur strukturellen Kartierung des Mikrobioms und untersuchen, wie diese Struktur die Gesundheit beeinflusst. Wir erforschen auch, wie uns mikrobielle Gemeinschaften beeinflussen und manipulieren, mit dem Ziel, das Potenzial probiotischer Antiinfektiva und Mikrobiota-inspirierter Immuntherapeutika zu realisieren.

Leitung

Dr. Martin Jahn

Forschungsgruppenleiter

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Unser Körper beherbergt vielfältige mikrobielle Gemeinschaften, die uns vor Krankheitserregern schützen, wobei unsere Schleimhäute einen besonders dicht besiedelten Lebensraum darstellen. Wir streben danach, die Mechanismen zu bestimmen, die die Interaktion zwischen Mikrobiota, Krankheitserregern und Wirtszellen steuern. Mit einem multidisziplinären Ansatz, der ökologische Theorie, Bioinformatik und neue bildgebende Verfahren kombiniert, konzentriert sich unsere Forschung auf drei Schlüsselthemen:

Kernprinzipien der räumlichen Organisation des Mikrobioms

Überblick über unsere Schlüsselthemen und Ansätze.

Mikrobielle Gemeinschaften bestehen aus vielen Arten, und ihre räumliche Anordnung auf Einzelzellebene bestimmt, ob sie sich tatsächlich treffen und interagieren. Aktuelle Methoden sind oft nicht in der Lage, Interaktionen auf dieser feinen Ebene in Wirten zu erfassen, was zu einer Auflösungslücke genau dort führt, wo wichtige ökologische und evolutionäre Prozesse ablaufen. Mit der Entwicklung neuer Imaging-Technologien und definierten räumlichen Modellen schließen wir diese Lücke und erfassen die räumliche Ökologie von Mikrobiomen auf zellulärer Ebene. Dabei vergleichen wir systematisch gesunde und kranke Zustände. Diese Daten liefern ein Verständnis über die strukturellen Organisationsprinzipien unserer Mikrobiota und wie die Resistenz gegen Störungen wie Antibiotika, Entzündungen und Infektionen gestärkt werden kann.

Einfluss der Mikrobiota auf Infektionen

Dichte Mikrobiota (blau) vom menschlichen Intestinaltrakt.

Wie verhindern unsere bakteriellen Gemeinschaften Infektionen? In diesem Kontext untersuchen wir die grundlegenden Mechanismen der Mikrobiom-vermittelten Pathogenresistenz, insbesondere bei intestinalen Infektionen und damit verbundenen Entzündungen. Dabei untersuchen wir, wie die räumlichen Interaktionen zwischen Mikrobiota und Pathogenen den Verlauf von Infektionen beeinflussen. Ziel ist es, Schlüsselmikrobiota zu identifizieren, die zur Infektionsresistenz beitragen, und die zugrunde liegende Ökologie von Infektionen im Wirt aufzuklären. Dies wird weiterhin die Neuformulierung von mikrobiellen Gemeinschaften auf Grundlage ihrer Biogeographie ermöglichen, um die genaue Rolle dieser Taxa bei Infektionen zu entschlüsseln. Im Ergebnis soll diese Forschung neue Erkenntnisse für das rationale Design nützlicher mikrobieller Antiinfektiva liefern.

Wirtsmanipulation und mikrobiom-inspirierte Therapeutika

Wie manipulieren Bakterien ihren Wirt? Dazu screenen wir humanassoziierte Bakterien mit einer Kombination aus Bioinformatik und Zellassays. Erkenntnisse über mikrobiom-vermittelte Wirtsmanipulation bieten hier ein großes Potenzial, von der Natur zu lernen und Kandidaten für gezielte Anwendungen zu finden, wie z.B. bei chronisch-entzündlichen Erkrankungen (z.B. IBD). Darüber hinaus eröffnen sich Anwendungsmöglichkeiten durch das Verständnis der Mikrobiom-vermittelten Immunmodulation im Verlauf von Infektionen.