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AG Chang
Wie beeinflusst die Darmflora chronische Entzündungen?
Schwiete-Labor für Mikrobiota und Entzündung
Rund 10% der Bevölkerung Deutschlands leiden unter chronischen Entzündungskrankheiten wie Rheuma, Schuppenflechte oder Darmentzündungen. Viele Studien haben bereits gezeigt, dass bei Betroffenen die Zusammensetzung der Darmflora (intestinale Mikrobiota) im Vergleich zu gesunden Menschen langfristig verändert ist. Man spricht von einer Dysbiose. Gefördert von der Dr. Rolf M. Schwiete Stiftung untersuchen wir die Rolle der Darmflora bei der Entstehung und Chronifizierung von Entzündungen. Wir entschlüsseln den Dialog zwischen der Mikrobiota und dem Menschen, um kausale, molekulare Zusammenhänge zwischen Bakterien und chronischen Entzündungskrankheiten zu identifizieren. Ziel ist es. neue therapeutische Ansätze zu entwickeln, die die Darmflora gezielt manipulieren und Entzündungen verhindern können.
Zytometrischer Mikrobiota-Fingerabdruck, um krankheitsassoziierte Bakterien zu verfolgen
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.
Neuartige Probiotika mit entzündungshemmenden Bakterien
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.
Die Darm-Gelenk-Achse bei rheumatoider Arthritis
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.
In vitro Modelle für die Mikrobiota-Wirt-Interaktion
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.
Die Darmflora und SARS-CoV-2
Um zu verstehen, ob und inwiefern die Darmbakterien die Immunantwort gegen SARS-CoV-2 beeinflussen, analysieren wir in Kooperation mit der AG Kruglov, der AG Mei und Prof. Michael Lohoff (Philipps-Universität Marburg) Stuhlproben von Proband:innen verschiedener Altersgruppen
Wir untersuchen, ob die Zusammensetzung der Darmflora mit der ausgelösten Immunantwort nach einer SARS-CoV2 Infektion oder nach Impfung gegen das Virus korreliert.
Stichworte
Mikrobiota
Mikrobiota-Zytometrie
IgA
Chronische Entzündungen
Probiotika
Gruppenleiter
Prof. Dr. rer. nat. Hyun-Dong Chang
Wissenschaftler:innen
Dipl Ing. Amro Abbas
Sebastian Ferrara, M.Sc
Dr. Jannike Krause
Dr. Ute Hoffmann
Ph.D. Student:innen
Lisa Budzinski, M.Sc.
Qing Hu, Master of internal medicine
Gi-Ung Kang, MSc
Robin Kempkens, physician
Aayushi Shah, M.Sc.
Toni Sempert, M.Sc.
Victoria von Goetze, M.Sc.
Bachelor/Master Sudent:innen
Shima Hamedi
David Lallinger
Leonie Lietz
Technische Assistenz
René Maier
- Dr. Petra Bacher, IKMB – Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Germany
- Dr. Charlotte Esser, Leibniz Forschungsinstitut für Umweltmedizin Düsseldorf, Germany
- Dr. Ahmed Hegazy, Charité Universitätsmedizin Berlin, Medizinische Klinik I, Germany
- Prof. Dr. med Kai Hildner Universitätsklinkium Erlangen
- Dr. Kathrin Hochrath, AG Charlotte Esser, Leibniz-Institut für Umwelt-Medizinische Forschung
- Dr. Andrey Kruglov, DRFZ, Germany
- Dr. Anja Kühl, Charité Universitätsmedizin Berlin, Medizinische Klinik I, Germany
- Dr. Mir-Farzin Mashreghi, DRFZ, Germany
- Vivianne Malmström (Karolinska Institut, Stockholm, Schweden)
- Dr. Susann Müller, Helmholtz Institut für Umweltforschung, Leipzig, Germany
- Dr. Denis Poddubnyy, Charité Universitätsmedizin Berlin, Medizinische Klinik I, Germany
- Anne Regierer, DRFZ, Germany
- Dr. Chiara Romagnani, Charité Universitätsmedizin Berlin, Medizinische Klinik I, Germany
- Dr. Dagmar Scheel-Toellner, Universität Birmingham, Germany
- Dr. Maren Schmiester, Charité Universitätsmedizin Berlin, Medizinische Klinik mit Schwerpunkt Hämatologie, Onkologie und Tumorimmunologie, Germany
- Dr. Alexander Scheffold, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Germany
- Dr. Anja Schirbel, Charité Universitätsmedizin Berlin, Medizinische Klinik mit Schwerpunkt Hepatologie und Gastroenterologie, Germany
- Dr. Britta Siegmund, Charité Universitätsmedizin Berlin, Medizinische Klinik I, Germany
- Dr. Rene Toes and Dr. Ulrich Scherer, Leiden University Medical Centre, The Netherlands
- Dr. Carl Weidinger, Charité Universitätsmedizin Berlin, Medizinische Klinik I, Germany
- Dr. Jakob Zimmermann, Universität Bern, Germany
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- EU H2020 IMI2 RTCure: WP3 (Work package lead Chang/Radbruch)
- EU H2020 IMI2 3TR
