RTF II: Evolution und Ökologie von Mikroben

Koordinatoren: H. Schulenburg (CAU, PMI), S. Niemann (RCB, UzL), P. Rosenstiel (CAU)

Viele chronische Entzündungskrankheiten werden durch Mikroorganismen beeinflusst, entweder durch einzelne Krankheitserreger oder durch eine Gemeinschaft von mehreren Mikroorganismen (z.B. das Mikrobiom). Evolutionäre und/oder ökologische Veränderungen in der Interaktion mit diesen Mikroben sind oft der Schlüssel zur Entstehung einer Krankheit, werden aber in der medizinischen Forschung häufig vernachlässigt. RTF II basiert auf dem neu geschaffenen Forschungsgebiet der Evolutionären Medizin. Mit evolutionären Ansätzen wollen die Forschenden in RTF II das Verständnis für die ökologischen und evolutionären Grundlagen der mikrobenvermittelten, patientenspezifischen Entzündungskrankheiten wie COPD, Tuberkulose und auch entzündlichen Darmerkrankungen verbessern.

Norddeutschland hat sich zu einem der wichtigsten Hot Spots für die Evolutionsforschung und insbesondere die Evolutionsmedizin in Europa entwickelt. Mitglieder des PMI haben eine Vielzahl von Instrumenten und Ansätzen entwickelt, um die evolutionäre und ökologische Dynamik in krankheitsassoziierten Mikroben oder mikrobiellen Gemeinschaften besser zu verstehen. Auf der Grundlage dieser Aktivitäten wurden mehrere größere Forschungsinitiativen in der Evolutionsmedizin gefördert, darunter beispielsweise der Leibniz Science Campus Evolutionsmedizin der Lunge (EvoLUNG), das Clinician Scientist Program in Evolutionary Medicine (CSEM) und das Graduiertenkolleg zu Translational Evolutionary Biology (RTG TransEvo).

Das übergeordnete Ziel von RTF II ist es, die evolutionären und ökologischen Dynamiken zu analysieren, die zu mikrobenvermittelten chronischen Entzündungskrankheiten beitragen. Als zentralen Ansatz richtet das RTF-II eine experimentelle Evolutionsplattform ein, um den Einfluss ökoevolutionärer Veränderungen in einzelnen Mikroben oder mikrobiellen Gemeinschaften auf krankheitsbezogene Merkmale (z.B. Antibiotikaresistenz oder Virulenz bei COPD-bezogenen Pseudomonas aeruginosa) zu bewerten. RTF II wird außerdem eine auf chronische Darmentzündungen bezogene, patientenspezifische Mikrobiom-Bibliothek einrichten als Grundlage für weitere ökoevolutionäre Analysen und mögliche Interventionen.

Evolutionäre und ökologische Prozesse stehen im Mittelpunkt vieler chronischer Krankheiten, insbesondere solcher, die von einzelnen Mikroben oder dem gesamten Mikrobiom geprägt sind, aber ihre Bedeutung wird in der medizinischen Forschung weitgehend vernachlässigt, wenn nicht gar ignoriert. RTF II berücksichtigt speziell evolutionäre und ökologische Prozesse, um ein tieferes Verständnis von Mikroben-assoziierten Erkrankungen zu erhalten. Das mittelfristige Ziel dieses Ansatzes ist es, die Nachhaltigkeit neuartiger Interventionen gegen chronisch entzündliche Erkrankungen zu verbessern. RTF II kombiniert dabei die Evolutionsmedizin mit den Herausforderungen der Präzisionsmedizin.

Die mikrobenbezogenen öko-evolutionären Prozesse variieren oft zwischen den Patientinnen und Patienten und beeinflussen so, ob bestimmte Krankheiten überhaupt auftreten. Der experimentelle Ansatz des RTF II bietet Einblicke, wie solche öko-evolutionären Prozesse mit krankheitsbezogenen Merkmalen zusammenhängen. Mit den so gewonnenen Daten können präzisionsmedizinische Therapien entwickelt werden, die einzelne Mikroben oder die Zusammensetzung des Mikrobioms als Ziel haben, Beispiele für solche Behandlungsformen sind der Mikroben/Mikrobiom-Transfer, die evolutionsbasierte Antibiotikatherapie oder ernährungsbezogene Maßnahmen.

Charakterisierung und Validierung von Organismen aus Evolutionsexperimenten oder der patientenspezifischen Mikrobiom erfolgen in Zusammenarbeit mit RTF-V (Metabolimische Analyse), RTF-VI (Sequenzbasiertes Profiling) und auch RTF-IV (Experimentelle Entzündungsmodelle). Die Ergebnisse werden in der theoretischen Modellierung von RTF-VIII (Theoretische Modelle der Entzündung) verwendet, um einen prädiktiven präzisionsmedizinischen Rahmen zu erhalten, der insbesondere in CD-3 (Individualisierte Antibiotikatherapie) und TI-1 (Mikrobiom-bezogene Therapie), aber auch in CD-2 (Tryptophanstoffwechsel und Entzündung) und CD-5 (T-Zell-orientierte Therapie) angewendet werden soll.