Forschung in der AG Fließwasser
Die Arbeitsgruppe „Pathogene Ökophysiologie“ beschäftigt sich mit den Anpassungen resistenter, enteropathogener Bakterien (zum Beispiel Vancomycin-resistente Enterokokken) an die Lebensbedingungen im menschlichen Darmmikrobiom.
Die Forschenden der Arbeitsgruppe analysieren, wie Interaktionen zwischen Bakterien und dem Wirt sowie der Wechsel zwischen eubiotischen und dysbiotischen Bedingungen die Kolonisierung und Verbreitung von Krankheitserregern begünstigen. Auf Basis dieser Erkenntnisse entwickeln die Wissenschaftler:innen neuartige Strategien zur selektiven und effizienten Dekolonisierung der Bakterien, die als Alternative oder Ergänzung zu klassischen Antibiotika eingesetzt werden können.
Hierfür nutzt die Arbeitsgruppe unter anderem ein in vitro Darmmodell, um Krankheitserreger in einer bakteriellen Gemeinschaft unter kontrollierten, Darm-ähnlichen Bedingungen zu untersuchen und damit innovative Dekoloniserungsstrategien präklinisch zu validieren.
Aktuelles
Der menschliche Darm ist mit Tausenden verschiedener Mikrobenarten besiedelt, die in dieser Umgebung in antagonistischer, mutualistischer oder sogar symbiotischer Weise koexistieren. Während die Koevolution überwiegend zu einer kommensalen und eher positiven Beziehung zwischen Mikroben und ihrem Wirt geführt hat, können sich unter bestimmten Umständen auch pathogene Bakterien in der Darmgemeinschaft ansiedeln. Diese Erkrankungen auslösenden Bakterien werden unter dem Begriff "Enteropathogene" zusammengefasst.
In den meisten Fällen sorgt das fein abgestimmte Netzwerk aus Mikroben-Mikroben-Wirt-Interaktionen dafür, dass Enteropathogene in Schach gehalten werden. Ein dysbiotisches Ereignis kann jedoch zu einer Störung dieses eubiotischen Gleichgewichts führen, wodurch Krankheitserreger einen Vorteil erhalten, kommensale Bakterien verdrängen und sogar lebensbedrohliche Infektionen auslösen können. Welche ökologischen Faktoren hier eine Rolle spielen und welche physiologischen Anpassungen die Erreger mitbringen müssen, ist in diesem Kontext für viele Spezies weitgehend unverstanden. Die Erforschung dieser Zusammenhänge bietet daher ein noch unausgeschöpftes Potenzial zur Entwicklung neuer Ansatzpunkte im Kampf gegen bakterielle Infektionen, die sich insbesondere in der präventiven Dekolonisierung antibiotikaresistenter Krankheitserreger einsetzen lassen. Aktuell konzentrieren wir uns auf die besonders kritische Gruppe der ESKAPE-Pathogenen und entwickeln hochspezifische Ansätze, die nur die krankheitserregenden Keime entfernen und die kommensalen Mikroorganismen der Darmgemeinschaft unbeeinflusst lassen, sodass Dysbiosen, gefährliche Infektionen und die problematische Entstehung von Arzneimittelresistenzen unter Kontrolle gehalten werden können.
In vitro Darmmodell
Um Enteropathogene innerhalb einer bakteriellen Gemeinschaft untersuchen zu können, nutzen wir ein Bioreaktor-basiertes in vitro Darmmodell, mit dem sich die Bedingungen des menschlichen Darmtrakts nachempfinden und eine Vielzahl von anspruchsvollen, häufig strikt anaeroben Darmbakterien kultivieren lassen. In den Langzeitexperimenten evaluieren wir vor allem Dekoloniserungsstrategien und Mikrobiominterventionen, wobei wir besonders die Spezifität und Effizienz gegen den Zielerreger sowie Auswirkungen auf die kommensalen Hintergrundgemeinschaft beurteilen. Wir können mit dem System verschiedene Darmabschnitte wie den Dick- oder Dünndarm modellieren und eubiotische und dysbiotische Bedingungen abbilden. Das breit aufgestellte Modell wird vielfältig in unseren verschiedenen Forschungsschwerpunkten genutzt.
Polysulfidtoleranz als Selektionsfaktor für Pathogene
Anorganische Polysulfide sind toxische Intermediate der Sulfidoxidation, die in mikrobiellen Lebensräumen als ökologischer Stressfaktor auftreten können. Auch Krankheitserreger kommen z.B. in klinischen Abwässern oder an der menschlichen Darmschleimhaut insbesondere unter dysbiotischen Bedingungen mit den reaktiven Schwefelverbindungen in Kontakt. Interessanterweise konnten wir feststellen, dass einige antibiotikaresistente Krankheitserreger wie bspw. Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus häufig eine besonders hohe Toleranz gegenüber Polysulfiden aufweisen. Aktuell untersuchen wir, wie genau Polysulfidtoleranz mit Antibiotikaresistenzen zusammenhängt und was für Auswirkungen dieser ökologische Stressfaktor für die Verbreitung von Krankheitserregern hat.
Phagendekolonierung von Enteropathogenen
Bakteriophagen sind Viren, die hochspezifisch Bakterien infizieren und während ihres Replikationszyklus abtöten. Sie kommen in einer großen Vielfalt in allen bakteriellen Lebensräumen vor und lassen sich in Form von Phagentherapie auch medizinisch einsetzen, wobei sie Erreger hochselektiv abtöten. Aufgrund ihrer Spezifität eignen sie sich besonders zur präventiven Dekolonisierung von pathogenenen Bakterien, auch als Alternative bei vorliegender Antibiotikaresistenz. Wir suchen nun nach klinisch nutzbaren Phagen in ungewöhnlichen Quellen und evaluieren Phagenpräparate als vielversprechende Dekolonisierungsagenzien für resistente Enteropathogene.
AG Leitung
Dr. rer. nat. Thomas Fließwasser
R 0.005
Meckenheimer Allee 168
53115 Bonn
Doktorand:innen
Severin Krayer
