DFG-Forschergruppe FOR 5042: Das Mikrobiom als therapeutisches Target bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen, Teilprojekt 6: Funktionelle Charakterisierung des Mikrobioms von Patienten mit chronisch- entzündlichen Darmerkrankungen

Der mikrobiellen Zusammensetzung der Darmflora (Mikrobiom) kommt in der Entstehung und Progression einer chronisch- entzündlichen Darmerkrankung (inflammatory bowel disease, IBD) eine zentrale Bedeutung zu. Während die Sequenzierung, genetische Kartierung und damit phylogenetische Bestimmung von Mikrobiomen im Darm mittlerweile weit verbreitet ist fehlt es an funktionellen Daten aus denen für einzelne bakterielle Isolate (single bacterial isolates, SBIs) pathophysiologische Zusammenhänge in der Erkrankung erklärt werden können. So existieren bislang nur wenige funktionelle Profile zu einzelnen SBIs, mit denen zentrale Fragestellungen zur Diagnostik und Therapie von IBD bearbeitet werden könnten. In diesem Projekt soll deshalb 1) die Kultivierung und physiologische Charaktersierung von bislang noch nicht kultivierten Mikroorganismen etabliert werden und 2) das funktionellen Potential einzelner SBIs auf molekularer Ebene mittels Methoden der Massenspektrometrie-basierenden Proteomics bestimmt werden. Im Fokus steht dabei die Entschlüsselung physiologischer und molekularer Charakteristika von SBIs die unter zu Hilfenahme verschiedener Kultivierungsbedingungen (u.a. verminderter Sauerstoff, Nahrungsangebot) sowie der Anzucht in Ko-kulturen untersucht werden. Die folgenden Fragestellungen werden damit adressiert: (i) lassen sich anhand der Genomdaten von SBIs und der durch geführten Analysen (Proteomics/ Metabolomics) Rückschlüsse ziehen bzgl. der funktionellen Bedeutung bei entzündlichen Darmerkrankungen?, (ii) welche Plastizität besitzen SBIs in Ko-Kultur und sich verändernden Umgebungsbedingungen?, und (iii) welche Einfluss haben die Wirtszellen auf den kulturellen und molekularen Phänotyp von SBIs? Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wurden im Vorfeld die Methodiken zur Kultivierung von anaeroben Darmbakterien und zur Inkubation unter unterschiedlichen Wachstumsbedingungen für die nachfolgenden Proteomanalysen etabliert. Im Zuge dieses Projektes sollen diese Versuche auf eine Reihe von IBD-relevanten Bakterien ausgeweitet werden. Diese Experimente sollen flankiert werden von proteogenomischen Untersuchungen und der Analyse von posttranslationalen Modifikationen. Durch die Integration von Ko-Kulturen und die Analyse von Wirt-Bakterien Interaktionen werden die erhobenen Daten in komplexere Zusammenhänge gestellt und anhand der aus Patienten und gesunden Kontrollen isolierten SBIs überprüft. Durch die gezielte funktionelle Charakterisierung von SBIs erhoffen wir uns ein besseres Verständnis zur pathophysiologischen Rolle einzelner Bakterien und deren Metaboliten bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen. Zugleich soll untersucht werden ob diese als Marker zukünftig als Marker in der Krankheitsentstehung genutzt werden können. Langfristiges Ziel könnte es sein daraus ggf. auch Bakterien- unabhängige Substanzen zu definieren die von therapeutischem Nutzen sind.