Schwiete-Labor für Mikrobiota und Entzündungen

Um ein besseres Verständnis über die Zusammensetzung, Funktionalität und Dynamik der Mikrobiota zu bekommen, nutzen wir die hochauflösende Mikrobiota-Zytometrie. Diese Methode haben wir zusammen mit der Gastroenterologie der Charité – Universitätsmedizin Berlin, und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig entwickelt. Wir nutzen Merkmale von Bakterien, die wir mithilfe von Färbereagenzien sichtbar machen können, wie z.B. das DNA- und Lichtstreu-Profil als „Mikrobiota-Fingerabdruck“, die Markierung von Bakterien mit körpereigenen Antikörpern, metabolische Aktivität oder Zuckerstrukturen auf der Oberfläche der Bakterien, um die Zusammensetzung und deren Veränderung bei Krankheit und unter Therapie genau zu untersuchen. Mit der Mikrobiota-Zytometrie können wir die Darmflora aus Stuhlproben von gesunden und erkrankten Menschen schnell und einfach analysieren und vergleichen, um Bakterien zu identifizieren, die mit verschiedenen Krankheitsbildern assoziiert sind, und um eventuelle kausale Zusammenhänge aufzuklären. Ein entscheidender Vorteil der Mikrobiota-Zytometrie ist, dass Bakterien unmittelbar aus Stuhlproben nahezu in Echtzeit analysiert und auch sortiert werden können.

Wir haben kürzlich Bakterien des Genus Anaeroplasma identifiziert, welche das Potential haben, Entzündungen zu hemmen, indem sie die Expression eines entzündungshemmenden Botenstoffs, dem Zytokin TGF-β, fördern. Dadurch wird auch die Produktion von sogenannten IgA-Antikörpern verstärkt. Diese „Darmantikörper“ sind Teil der Barriere, die unter anderem verhindert, dass Darmbakterien die Darmwand unkontrolliert durchdringen und eine Entzündung verursachen. Wir sind dabei, die molekularen Mechanismen, wie Anaeroplasma das Immunsystem moduliert, zu entschlüsseln. Weiterhin untersuchen wir, ob und wie Anaeroplasma als entzündungshemmendes „Probiotikum“ bei chronisch-entzündlichen Erkrankungen eingesetzt werden kann.

Wir untersuchen die Hypothese, dass die Autoimmunantworten, die z.B. das rheumatisch-entzündete Gelenk angreifen, ihren Ursprung im Darm haben. Die Darmflora besitzt in ihrer Gesamtheit geschätzt über 3 Millionen Gene, eine unermessliche Quelle an Strukturen gegen die das Immunsystem reagieren kann; unter ihnen vielleicht auch einige, die körpereigene Strukturen ähneln und das Potential haben, eine Autoimmunreaktion auszulösen. Im Rahmen des EU-geförderten Projektes RTCure, untersuchen wir zusammen mit Partner der Universität Birmingham, UK, des Karolinska Institutes, Stockholm, Schweden, und der Leiden Universität, Niederlande, inwiefern Antikörper, die aus Patient:innen mit rheumatoider Arthritis isoliert wurden, Bakterien aus der Darmflora binden und um welche Bakterien es sich handelt. Solche Bakterien könnten Initiatoren und Treiber für eine rheumatische Entzündung sein.

Wir entwickeln zwei- und dreidimensionale Darm-Modelle, damit wir den Einfluss mikrobieller Reize der Darmflora auf die Epithelzellen des Darms in vitro untersuchen können. Desweiteren entwickeln wir Kultivierungsmethoden, die es uns ermöglichen, auch die Darmflora in ihrer Zusammensetzung in vitro zu erhalten, um Auswirkungen von Umwelteinflüssen auf die Darmflora zu untersuchen. Solche in vitro Modelle werden uns ermöglichen, im Sinne des 3R-Konzeptes (Replace (Vermeiden), Reduce (Verringern), Refine (Verbessern) Tierversuche zu reduzieren und vielleicht sogar ganz zu vermeiden.

Gruppenleiter
Prof. Dr. rer. nat. Hyun-Dong Chang

Wissenschaftler:innen
Amro Abbas
Vera Bockhorn
Vinod Devaraj
Sebastian Ferrara
Axel Schulz

Ph.D. und MD Student:innen
Adrian Barreno Sanchez
Lisa Budzinski
Anna Casanovas
Qing Hu
Gi-Ung Kang
Robin Kempkens
Yannik Goerkis
Toni Sempert
Aayushi Shah
Leo Fiebig

Bachelor/Master Sudent:innen
Josephine Münch
Alissa Karina Yudiputri

Technische Assistenz
Heike Hirseland
René Maier

Student. Assistenz
Quoc Viet Hoang

Tobias Alexander, Britta Siegmund, Tilmann Kallinich, Adrian Schreiber, Gonza Ngoumou, Arne Schäfer, Francesca Ronchi

Charlotte Esser (IUF)

Kai Hildner (Erlangen), Martin Kriegel (Münster), Martin von Bergen (Leipzig)

Dagmar Scheel-Toellner (Birmingham, UK), Marta Alarcon-Riquelme (Granada, Spain), Guy Boeckxstaens/Hind Hussein (Leuven, Belgium), René Toes/Diana van der Woude (Leiden, Netherlands)