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Host genetics meets microbiome - a systems approach

In und auf dem Körper des Menschen leben zahlreiche Mikroorganismen. Dabei gibt es 10-mal mehr bakterielle Zellen als menschliche Zellen und das Genrepertoire der Mikroorgansimen ist 150-fach größer als das des Menschen. Die meisten dieser Mikroorganismen besiedeln den Darm und haben eine Schlüsselrolle in der Bereitstellung von Aminosäuren und Vitaminen, der Energieversorgung und der Entwicklung des Immunsystems. Die Gesamtheit dieser Mikroorganismen (das Mikrobiom) hat eine Bedeutung bei Erkrankungen wie Adipositas und Darmentzündungen und dient durch gezielte Manipulation als vielversprechender Ansatzpunkt in der klinischen Anwendung.

Das "gesunde" Mikrobiom wird durch genetische, phänotypische und Umweltfaktoren beeinflusst und unterscheidet sich vom "erkrankten" Mikrobiom.

Das Ziel dieses Projektes ist es die Eigenschaften des menschlichen Mikrobioms zu charakterisieren, sowie dessen Interaktion mit dem Wirt (= Mensch) und der Umwelt zu untersuchen und die Beteiligung bei verschiedenen Krankheiten besser zu verstehen.

Um mikrobielle Profile zu charakterisieren, werden Stuhlproben gesammelt, aus diesen die DNA extrahiert und das 16S rRNA Gen amplifiziert und sequenziert. Das 16S rRNA Gen ist in allen bakteriellen Mikroorganismen vorhanden, unterscheidet sich jedoch zwischen den einzelnen Bakterienspezies, was somit eine Klassifizierung durch molekulares „barcoding“ ermöglicht.

Um das „normale“ Mikrobiom zu untersuchen, nutzen wir Stuhlproben von ~ 1000 gesunden Norddeutschen (PopGen Studie) sowie weiteren 1500 Gesunden und 500 übergewichtigen Individuen aus einer zweiten Studie (Food Chain Plus = „FoCus“).
Stuhlproben von Individuen, die an chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) (Colitis Ulcerosa, Morbus Crohn) (z. B. KINDRED-Studie) oder anderen entzündlichen Erkrankungen wie Lupus, rheumatoider Arthritis, Morbus Bechterew, Reizdarm oder intestinalen Infektionen leiden, repräsentieren das erkrankte Mikrobiom.
Neben den mikrobiellen Daten aus den Stuhlproben liegen uns auch Phänotyp-Daten (Rauchen, Ernährungsgewohnheiten), genetische Daten und Stoffwechseldaten aus Blut und Stuhlproben vor. Die Einbeziehung all dieser Daten erlaubt eine Charakterisierung des normalen und des kranken Mikrobioms sowie Faktoren, die diesen Zustand beeinflussen. Weiterhin können Krankheitsverläufe und die damit verbundenen Veränderungen im Mikrobiom untersucht werden, was eine Differenzierung zwischen den Krankheiten ermöglicht, Patienten mit schweren Krankheitsverläufen vorhergesagt und erklärt, warum Therapien bei einigen Patienten scheitern oder den gegenteiligen Effekt bewirken.


Keywords: Mikrobiom, Genotyp, Phänotyp