Teilprojekt 7 - Datenintegration und Mikrobiom-Analyse bei Allergien

Das Mikrobiom bezeichnet die Gemeinschaft von Mikroorganismen (wie zB. Bakterien, Pilze oder Viren) die eine bestimmte Umwelt bewohnen und im Besonderen die Ansammlung derjenigen Mikroorganismen, welche in oder auf dem menschlichen Körper leben. Obwohl das menschliche Mikrobiom als Regulator des Immunsystems mehr und mehr anerkannt wird, ist bislang unbekannt, welche Veränderungen in der Struktur mikrobieller Gemeinschaften eine Rolle bei der Toleranz­entwicklung spielen. Ein solches Wissen wäre nützlich,

• um zu verstehen, welche Mikroben im Laufe allergischer Erkrankungen
  unter welchen Bedingungen zu finden sind, und
• um Probiotika zu entwickeln, welche Toleranz induzieren können,
  das heißt bei der Rückbildung (Remission) allergischer Erkrankungen hilfreich sein können

Primäres Ziel des Projekts ist, die Rolle des Mikrobioms im Kontext von Progression und Remission allergischer Erkrankungen zu verstehen, wobei der Schwerpunkt auf Asthma und Nahrungsmittelallergie gesetzt wird.
Um dieses Ziel zu erreichen, sollen verschiedene Körperregionen von Patienten mit allergischen Erkrankungen im Hinblick auf deren Mikrobiom charakterisiert werden. Nachfolgend sollen inter- und intraindividuelle Unterschiede bezüglich des Mikrobioms herausgearbeitet werden.

Unsere Hypothesen lauten,

• dass die Toleranzentwicklung mit einer bestimmten Struktur des Mikrobioms einhergeht, und
• dass dabei das Wissen über die Komposition der Bakterien in den Atemwegen, im Darm oder auf der Haut relevant ist, um Medikamente zu entwickeln, die in der Sekundärprävention allergischer Erkrankungen eine Rolle spielen.

Schritt 1: Es werden Proben aus verschiedenen Körperregionen gesammelt (im Wesentlichen Nasen- und Rachenabstriche bei Asthmapatienten, Hautabstriche und Stuhlproben bei Patienten mit Nahrungs¬mittelallergie). Die DNA dieser Proben wird für eine sogenannte 16S rRNA Sequenzierung herangezogen. Die Sequenzierung von 16S rRNA Genfragmenten ermöglicht es, sowohl zu bestimmen welche Arten von Bakterien in einer Probe enthalten sind, als auch Aussagen über deren Quantitäten zu treffen.

Schritt 2: Die Proben von verschiedenen Phänotypen und verschiedenen Körperregionen werden im Hinblick auf deren wesentliche Bakterien und anderer mikrobieller Merkmale wie zum Beispiel die Diversität charakterisiert. Diese mikrobiellen Merkmale werden dann a) im Hinblick auf Unterschiede zwischen Patienten in Remission oder Progression (interindividuelle Vergleiche) oder b) im Hinblick auf Unterschiede innerhalb von Patienten zwischen den Zeitpunkten vor und nach einer Toleranzentwicklung (intraindividuelle Vergleiche) verglichen. Dafür dienen verschiedene statistische Methoden.

Schritt 3: Mikrobielle Merkmale werden in Kombination mit anderen Labordaten analysiert, wozu genetische, epigenetische oder immunologische Parameter zählen. Dazu sind verschiedene Kohorten verfügbar, die Quer- oder Längsschnittuntersuchungen zulassen.

Als Hauptergebnis soll die Identifikation von Mikroben, die in den Prozessen von Remission und Progression einen Rolle spielen, uns in die Lage versetzen, Ansatzpunkte für die Sekundärprävention und möglicherweise sogar für die Therapie allergischer Erkrankungen zu finden. Außerdem können wir einschätzen, wie sich Bakterien im Zusammenspiel mit anderen Biomarkern einordnen lassen.

Das Team besteht aus einer Gruppe von Mitarbeitern aus verschiedenen Fachrichtungen und hat das Ziel, tiefere Einsichten über protektive Effekte auf Asthma zu bekommen. Die Arbeitsgruppe von Frau Professor von Mutius ist aktiv beteiligt bei Design, Durchführung und Datenanalyse von vielen großen, europäischen, multizentrischen und interdisziplinären Studien. Dazu zählen vor allem auch Geburts­kohorten, welche die Rolle von genetischen und Umweltfaktoren, insbesondere mikrobielle Faktoren bei der Entwicklung von Asthma und allergische Erkrankungen zum Thema haben. Ein sehr bekanntes Beispiel für die mögliche Prävention der Asthmapathogenese ist die sogenannte Hygienehypothese.

Die Gruppe besteht derzeit aus Kinderärzten, Biostatistikern und Informatikern und wird durch weitere Mitglieder aus der Arbeitsgruppe von Frau Prof. Dr. Dr. h.c Erika von Mutius unterstützt.