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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. Felix Sommer

Postdoktoranden
Universität Kiel Institut für Klinische Molekular Biologie

Alumni

Publikationen

2019

A high-fat diet induces a microbiota-dependent increase in stem cell activity in the Drosophila intestine

von Frieling J, Naeem Faisal M, Sporn F, Pfefferkorn R, Nolte SS, Sommer F, Rosenstiel P, Roeder T (2019)

Drosophila melanogaster in nutrition research—the importance of standardizing experimental diets

Lüersen K, Roeder T, Rimbach G (2019) Genes Nutr. 14: 3. doi: 10.1186/s12263-019-0627-9

FeaturedEpithelial endoplasmic reticulum stress orchestrates a protective IgA response

Joep Grootjans*, Niklas Krupka*, Shuhei Hosomi*, Juan D. Matute, Thomas Hanley, Svetlana Saveljeva, Thomas Gensollen, Jarom Heijmans, Hai Li, Julien P. Limenitakis, Stephanie C. Ganal-Vonarburg, Shengbao Suo, Adrienne M. Luoma, Yosuke Shimodaira, Jinzhi Duan, David Q. Shih, Margaret E. Conner, Jonathan N. Glickman, Gwenny M. Fuhler, Noah W. Palm, Marcel R. de Zoete, C. Janneke van der Woude, Guo-Cheng Yuan, Kai W. Wucherpfennig, Stephan R. Targan, Philip Rosenstiel, Richard A. Flavell, Kathy D. McCoy, Andrew J. Macpherson, Arthur Kaser und Richard S. Blumberg (2019) Science. DOI: 10.1126/science.aat7186

2018

Functions of the Microbiota for the Physiology of Animal Metaorganisms

Esser D, · Lange J, · Marinos G, · Sieber M, Best L, Prasse D, Bathia J, Rühlemann MC, Boersch K, Jaspers C, Sommer F (2018) J Innate Immun DOI: 10.1159/000495115

FeaturedATG16L1 orchestrates interleukin-22 signaling in the intestinal epithelium via cGAS-STING.

Aden K, Tran F, Ito G, Sheibani-Tezerji R, Lipinski S, Kuiper JW, Tschurtschenthaler M, Saveljeva S, Bhattacharyya J, Häsler R, Bartsch K, Luzius A, Jentzsch M, Falk-Paulsen M, Stengel ST, Welz L, Schwarzer R, Rabe B, Barchet W, Krautwald S, Hartmann G, Pasparakis M, Blumberg RS, Schreiber S, Kaser A, Rosenstiel P (2018); Gastroenterology. pii: jem.20171029. doi: 10.1084/jem.20171029

Exposure to the gut microbiota drives distinct methylome and transcriptome changes in intestinal epithelial cells during postnatal development

Pan WH, Sommer F, Falk-Paulsen M, Ulas T, Best P, Fazio A, Kachroo P, Luzius A, Jentzsch M, Rehman A, Müller F, Lengauer T, Walter J, Künzel S, Baines JF, Schreiber S, Franke A, Schultze JL, Bäckhed F, Rosenstiel P (2018) Genome Med. 10(1):27. doi: 10.1186/s13073-018-0534-5.

Impaired Wnt signaling in dopamine containing neurons is associated with pathogenesis in a rotenone triggered Drosophila Parkinson’s disease model.

Stephano F, Nolte S, Hoffmann J, El-Kholy S, von Frieling J, Bruchhaus I, Fink C, Roeder T (2018); Sci Rep. 8(1):2372. doi: 10.1038/s41598-018-20836-w

A Drosophila model of cigarette smoke induced COPD identifies Nrf2 signaling as an expedient target for intervention.

Prange R, Thiedmann M, Bhandari A, Mishra N, Sinha A, Häsler R, Rosenstiel P, Uliczka K, Wagner C, Yildirim AÖ, Fink C, Roeder T (2018); Aging (Albany NY). 10(8):2122-2135. doi: 10.18632/aging.101536

Grow With the Challenge – Microbial Effects on Epithelial Proliferation, Carcinogenesis, and Cancer Therapy

Von Frieling J, Fink C, Hamm J, Klischies K, Forster M, Thomas C. G. Bosch TCG, Roeder T, P Rosenstiel P, Sommer F (2018); Front. Microbiol. doi: 10.3389/fmicb.2018.02020

FeaturedNeonatal selection by Toll-like receptor 5 influences long-term gut microbiota composition.

Fulde M, Sommer F, Chassaing B, van Vorst K, Dupont A, Hensel M, Basic M, Klopfleisch R, Rosenstiel P, Bleich A, Bäckhed F, Gewirtz AT, Hornef MW (2018); Nature 560(7719):489-493. doi: 10.1038/s41586-018-0507-2

Exposure to the gut microbiota drives distinct methylome and transcriptome changes in intestinal epithelial cells during postnatal development.

Pan WH, Sommer F, Falk-Paulsen M, Ulas T, Best P, Fazio A, Kachroo P, Luzius A, Jentzsch M, Rehman A, Müller F, Lengauer T, Walter J, Künzel S, Baines JF, Schreiber S, Franke A, Schultze JL, Bäckhed F, Rosenstiel P (2018); Genome Med. 10(1):27. doi: 10.1186/s13073-018-0534-5

The antibiotic resistome and microbiota landscape of refugees from Syria, Iraq and Afghanistan in Germany.

Häsler R, Kautz C, Rehman A, Podschun R, Gassling V, Brzoska P, Sherlock J, Gräsner J T, Hoppenstedt G, Schubert S, Ferlinz A, Lieb W, Laudes M, Heinsen F A, Scholz J, Harmsen D, Franke A, Eisend S, Kunze T, Fickenscher H, Ott S, Rosenstiel P, Schreiber S (2018); Microbiome., 6(1):37. doi: 10.1186/s40168-018-0414-7

Nutritional regimens with periodically recurring phases of dietary restriction extend lifespan in Drosophila.

Romey-Glüsing R, Li Y, Hoffmann J, von Frieling J, Knop M, Pfefferkorn R, Bruchhaus I, Fink C, Roeder T (2018); FASEB J., 5:fj201700934R. doi: 10.1096/fj.201700934R

2017

Drosophila Fecal Sampling.

Christine Fink, Jakob von Frieling, Mirjam Knop, Thomas Roeder (2017); Bio-protocols, 7(18):e2547. doi: 10.21769/BioProtoc.2547

The Role of Monoaminergic Neurotransmission for Metabolic Control in the Fruit Fly Drosophila Melanogaster.

Li Y, Tiedemann L, von Frieling J, Nolte S, El-Kholy S, Stephano F, Gelhaus C, Bruchhaus I, Fink C, Roeder T (2017); Front. Syst. Neurosci., 11:60. doi: 10.3389/fnsys.2017.00060

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

FeaturedGenome-wide association analysis identifies variation in vitamin D receptor and other host factors influencing the gut microbiota.

Wang J, Thingholm L B, Skiecevičienė J, Rausch P, Kummen M, Hov J R, Degenhardt F, Heinsen F A, Rühlemann M C, Szymczak S, Holm K, Esko T, Sun J, Pricop-Jeckstadt M, Al-Dury S, Bohov P, Bethune J, Sommer F, Ellinghaus D, Berge R K, Hübenthal M, Koch M, Schwarz K, Rimbach G, Hübbe P, Pan W H, Sheibani-Tezerji R, Häsler R, Rosenstiel P, D’Amato M, Cloppenborg-Schmidt K, Künzel S, Laudes M, Marschall H U, Lieb W, Nöthlings U, Karlsen T H, Baines J F, Franke A (2016); Nat Genet., 48(11):1396-1406. doi: 10.1038/ng.3695

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