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Effekte von Fehlernährung auf Epithel-Mikroben Interaktionen im Darmtrakt von Fliegen und Mäusen

Der Erhalt einer vorteilhaften Darmflorazusammensetzung erfordert ein homöostatisches Gleichgewicht zwischen der Mikrobengemeinschaft und dem Darmepithel, welches als Verbindungsfläche mit dem Wirt fungiert. Stressfaktoren, die Mangelernährung, Hunger oder Kalorienbeschränkungen hervorrufen, stehen unter Verdacht dieses Gleichgewicht zu stören. Folglich entstehen Veränderungen in der Zusammensetzung der Darmflora, sowie in der regenerativen Kapazität und der immunologischen Homöostase der Darmschleimhaut. Während Unterernährung ein wesentliches Problem in Entwicklungsländern ist, wird vermutet, dass Kalorienbeschränkungen positive Effekte auf verschiedenen Gesundheitsparametern, einschließlich der Lebensdauer, hat.

Wir wollen die Mechanismen, die dem komplexen dreiteiligen Wechselspiel aus Mikroben, Darmepithel und der Umgebung (Nahrungsstressfaktoren) zugrunde liegen aufklären. Genauer gesagt wollen wir herausfinden wie Mangelernährung und Kalorienbeschränkungen sich auf die entsprechenden Wirt-Phänotypen auswirken und wie die Mikrobiota und das Darmepithel darauf reagieren. Im Fokus unserer Arbeit stehen außerdem die Einflüsse auf das Stammzellverhalten, das angeborene Immunrepertoire, die Transkriptionsprogramme und auf die abstammungsabhängigen Entscheidungen im Epithel.

Um diese Ziele zu erreichen, werden wir Mäuse und Drosophila als vielseitig einsetzbare experimentelle Modell-Metaorganismen benutzen, wobei wir von ihren übergreifenden und komplementären inhärenten Stärken profitieren. Wir kombinieren die Manipulation der Mikrobiota mit gleichzeitiger Analyse der Darm-Epithelreaktion, die durch das wechselseitige experimentelle Design ergänzt wird. Diese Studien werden unter verschiedenen Ernährungsregimen (wie Mangelernährung und Kalorienbeschränkung) durchgeführt, um zu klären wie sie das wechselseitige Zusammenspiel von Mikrobiota und Darmepithel beeinflussen. Die Manipulation der Mikrobiota umfasst Fäkaltransfer-Experimente und die Verwendung von gnotobiotischen Tieren, während die Manipulation des Darmepithels auf das System der Immunhomöostase und der Stammzellaktivität fokussiert wird. Für den letzteren Aspekt wird die Manipulation von NF-κB, FoxO und Upd3 (IL6-Äquivalent) vermittelte Signalisierungssystemen für das vorgeschlagene Forschungsprogramm von zentraler Bedeutung sein.

Wissenschaftler

Dr. Christine Fink

Postdoktoranden, Assoziierte Nachwuchswissenschaftler
Universität Kiel Zoologisches Institut

Jacob Hamm

Doktoranden , Assoziierte Nachwuchswissenschaftler
Universität Kiel Institut für Klinische Molekular Biologie

Roxana Pfefferkorn

Doktoranden , Assoziierte Nachwuchswissenschaftler
Universität Kiel Zoologisches Institut

Dr. Felix Sommer

Postdoktoranden
Universität Kiel Institut für Klinische Molekular Biologie

Publikationen

2017

FeaturedThe resilience of the intestinal microbiota influences health and disease.

Sommer F, Anderson J M, Bharti R, Raes J, Rosenstiel P (2017); Nat Rev Microbiol., doi: 10.1038/nrmicro.2017.58

FeaturedEfficacy of Sterile Fecal Filtrate Transfer for Treating Patients With Clostridium difficile Infection. Gastroenterology.

Ott S J, Waetzig G H, Rehman A, Moltzau-Anderson J, Bharti R, Grasis J A, Cassidy L, Tholey A, Fickenscher H, Seegert D, Rosenstiel P, Schreiber S (2017); Gastroenterology, 152(4):799-811.e7. doi: 10.1053/j.gastro.2016.11.010

2016

Octopamine controls starvation resistance, life span and metabolic traits in Drosophila.

Li Y, Hoffmann J, Li Y, Stephano F, Bruchhaus I, Fink C, Roeder T (2016); Sci Rep., 6:35359. doi: 10.1038/srep35359

FeaturedEnterococcus hirae and Barnesiella intestinihominis Facilitate Cyclophosphamide-Induced Therapeutic Immunomodulatory Effects.

Daillère R, Vétizou M, Waldschmitt N, Yamazaki T, Isnard C, Poirier-Colame V, Duong C P, Flament C, Lepage P, Roberti M P, Routy B, Jacquelot N, Apetoh L, Becharef S, Rusakiewicz S, Langella P, Sokol H, Kroemer G, Enot D10, Roux A, Eggermont A, Tartour E, Johannes L, Woerther P L, Chachaty E, Soria J C, Golden E, Formenti S, Plebanski M, Madondo M, Rosenstiel P, Raoult D, Cattoir V, Boneca I G, Chamaillard M, Zitvogel L (2016); Immunity., 45(4):931-943. doi: 10.1016/j.immuni.2016.09.009

Epithelial IL-23R Signaling Licenses Protective IL-22 Responses in Intestinal Inflammation.

Aden K, Rehman A, Falk-Paulsen M, Secher T, Kuiper J, Tran F, Pfeuffer S, Sheibani-Tezerji R, Breuer A, Luzius A, Jentzsch M, Häsler R, Billmann-Born S, Will O, Lipinski S, Bharti R, Adolph T, Iovanna J L, Kempster S L, Blumberg R S, Schreiber S, Becher B, Chamaillard M, Kaser A, Rosenstiel P (2016); Cell Rep., 16(8):2208-18. doi: 10.1016/j.celrep.2016.07.054

Intestinal FoxO signaling is required to survive oral infection in Drosophila.

Fink C, Hoffmann J, Knop M, Li Y, Isermann K, Roeder T (2016); Mucosal Immunol., 9:927-936. doi: 10.1038/mi.2015.112

The native microbiome of the nematode Caenorhabditis elegans: Gateway to a new host-microbiome model.

Dirksen P, Marsh SA, Braker I, Heitland N, Wagner S, Nakad R, Mader S, Petersen C, Kowallik V, Rosenstiel P C, Felix M A, Schulenburg H (2016); BMC Biology, 14:38. doi:10.1186/s12915-016-0258-1