RTF V: Klinische und ernährungsbezogene Metabolomics

Koordinator*innen: M. Laudes (CAU), K. Schwarz (CAU), A. Tholey (CAU), S. Waschina (CAU), H. Zacharias (CAU) 

RTF V untersucht die Stoffwechselbeziehung (Co-Metabolismus) zwischen Wirt und Mikrobiom, also der Gesamtheit der den Körper besiedelnden Mikroorganismen, bei entzündlichen Erkrankungen. Es wird der Frage nachgegangen, welchen Beitrag das Mikrobiom zum Stoffwechsel leistet und wie die Stoffwechselprodukte, das sogenannte Metabolom, und Mikrobiom wechselseitig verändert werden können. So sollen Biomarker für erfolgreiche Therapien und das individuelle Ansprechen auf pharmazeutische- und Ernährungsinterventionen identifiziert werden.

Dazu werden neuartige Methoden zur Analyse des Metaboloms und Proteoms entwickelt sowie Modelle für den Co-Metabolismus und die Miniaturisierung der Analytiken für das Metabolom, Proteom einschließlich immunogener Peptide vorangetrieben. Aus Bioproben werden Organoide generiert bzw. Fermentationen durchgeführt als „clinical trial in a dish“. Es werden bioinformatische Prognosemodelle für die Stoffwechselleistung und den Co-Metabolismus von Wirt und Mikrobiom entwickelt sowie Routinen für die wissensbasierte Auswertung.

Worauf baut die Arbeit des Forschungsbereichs auf?

Mikrobiom-Metaboliten-Interaktionen sind im menschlichen Körper allgegenwärtig. Das Mikrobiom hat einen tiefgreifenden Einfluss auf das menschliche Metabolom und Proteom und das Metabolom und Proteom wiederum beeinflusst das Mikrobiom. Dieser sog. Crosstalk zwischen Mikrobiom und dem Metabolom/Proteom nimmt durch eine Vielzahl von Mechanismen Einfluss auf viele menschliche Krankheiten.

Zur Untersuchung von Metabolom und Proteom wurden hoch- und ultrahochauflösende Massenspektrometrie-Plattformen etabliert. Diese Plattenformen leisten von der Datenakquisition bis zur bioinformatischen und statistischen Auswertung die Basis zur Durchführung von Metabolomics-Studien. Dabei wird auf langjährige Erfahrung in der Analytik von Metaboliten des Stoffwechsels und Miniaturisierung der Analytik von Peptiden, Peptidomen, Proteinen und Proteomen zurückgegriffen.

Was sind die Forschungsziele?

Ziel ist es mit Hilfe von explorativen metabolomweiten Assoziationsstudien, multivariaten Machine Learning Modellen sowie gezielten und detaillierten Stoffwechsel- und Proteinanalysen in experimentellen Studien Mechanismen von entzündlichen Erkrankungen aufzudecken, neue therapeutische Konzepte zu entwickeln und den Erfolg von Therapien für individuelle Patienten zu prognostizieren.

Die vorhandene Infrastruktur zu Metabolom- und Proteomforschung soll zu einer schlagkräftigen wissenschafts- und technologiebasierten zentralen Einheit weiter ausgebaut werden. Es sollen innovative analytische und experimentelle Ansätze aufgebaut und die bestehenden analytischen Plattformen durch weitere Plattformen ergänzt werden. Hierfür wird, u.a., eine Kernspinresonanzspektroskopie-Metabolomik-Core-Unit etabliert, die die bereits vorhandenen Massenspektrometrie-Plattformen ergänzt. Es sollen neue Prognosemodelle für die Stoffwechselfunktion der Mikrobiota erstellt und mit Metabolom- und Proteomdaten verifiziert werden.

Was zeichnet den Forschungsbereich aus?

Die Forschung zur Interaktion von Metabolom-Mikrobiom-Wirt ist ein relativ junges Forschungsfeld, in dem sich neue Methoden und Technologien entwickeln, die weitreichende Entdeckungen für die Gesundheit, die Prävention und Therapie von Krankheiten erwarten lassen.

Das Forschungsfeld der Metabolom- und Proteomforschung basiert auf vielen naturwissenschaftlich geprägten Disziplinen und ist eine hoch interdisziplinäre Wissenschaft, die Methoden der Chemie, der Physik, der Biologie und Bioinformatik bis hin zur den Materialwissenschaften in sich vereint.

Was ist der Beitrag Ihres Forschungsbereichs zu einer Präzisionsmedizin für chronische Entzündungserkrankungen?

Die Kenntnis der molekularen Vorgänge, speziell auf Ebene der agierenden Moleküle (Peptide/Proteine/Metabolite) stellt eine Voraussetzung für die Diagnose, das Verstehen dieser Krankheiten dar und ist ein Schlüssel für die Entwicklung von Therapien. Um ein ganzheitliches Verständnis im Sinne der Systemmedizin und -biologie zu erreichen, werden die generierten Daten mit den Daten anderer Bereiche des Clusters z.B. zum Metagenom der Mikrobiota zusammengeführt. Die Grundlage hierfür wird durch die Entwicklung umfassenderer Metabolitendatenbanken sowie Prognosemodellen des Stoffwechsels für zukünftige integrative Analysen vorangetrieben. Speziell für die Präzisionsmedizin ist die Verfügbarkeit neuer, schnellerer und sensitiverer analytischer Methoden unabdingbar.

Zusammenarbeit mit anderen Forschungsbereichen im Cluster
  • CD II: Untersuchung des Metaboloms in Interventionsstudien mit Nicotinamid zum Tryptophanmetabolismus
  • RTF III: Entwicklung und Einsatz der low cell number/single cell-Proteomics und multi-omics für die Analyse von aus Patientenmaterial gewonnenen in vitro-Modellen („clinical trial in a dish“)
  • RTF VII: Erweiterung und Validierung von theoretischen Modellen des Co-Metabolismus zwischen Mikrobiom und Mensch.
  • TI-II: Identifizierung und molekulare Charakterisierung immunogener Peptide
Mitglieder

Priv.-Doz. Dr. Konrad Aden

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Klinik für Innere Medizin I

Prof. Dr. John Baines

Vollmitglied

Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie
Institut für Experimentelle Medizin
Evolutionäre Genomik

Prof. Dr. med. Thorsten Bartsch

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Klinik für Neurologie

Prof. Dr. Lars Bertram

Vollmitglied

Universität zu Lübeck
Lübecker Interdisziplinäre Plattform für Genomanalytik (LIGA)

Anja Bosy-Westphal, Prof. Dr. Dr.

Vollmitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde
Humanernährung

Prof. Dr. Hauke Busch

Vollmitglied

UKSH Campus Lübeck
LIED - Lübecker Institut für Experimentelle Dermatologie
System Biology of Inflammatory Diseases

Dr. Tobias Demetrowitsch

Assoziiertes Mitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde
Abtl. Lebensmitteltechnologie
AG Prof. Schwarz

Dr. Stefanie Derer

Vollmitglied

UKSH Campus Lübeck
Institut für Ernährungsmedizin
AG Molekulare Gastroenterologie

Prof. Dr. Christof Dörfer

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Klinik für Zahnerhaltungskunde und Parodontologie

Prof. Dr. Marc Ehlers

Vollmitglied

UKSH Campus Lübeck
Institut für Ernährungsmedizin
Immunologie und Glykoanalytik

Prof. Dr. med. Mark Ellrichmann

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Klinik für Innere Medizin I
Interdisziplinäre Endoskopie

Prof. Dr. rer. nat. Andre Franke

Vollmitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Klinische Molekularbiologie
Genetics & Bioinformatics

PD Dr. Andreas Frey

Vollmitglied

Forschungszentrum Borstel - Leibniz Lungenzentrum
Mukosale Immunologie und Diagnostik
Programmbereich Asthma und Allergie

Prof. Dr. Timo Gemoll

Assoziiertes Mitglied

UKSH Campus Lübeck
Klinik für Allgemeine Chirurgie

Prof. Dr. Martina Gerken

Vollmitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik
Integrierte Systeme und Photonik

Dr. Nicolas Gisch

Vollmitglied

Forschungszentrum Borstel - Leibniz Lungenzentrum
Bioanalytische Chemie
Programmbereich Infektionen

Dr. med. Rainer Günther

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Klinik für Innere Medizin I

Prof. Dr. Ulrich Günther

Vollmitglied

Universität zu Lübeck
Institut für Chemie und Metabolomics

Prof. Dr. rer. nat. Jürgen Harder

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Klinik für Dermatologie, Venerologie und Allergologie

Prof. Dr. Jan-Bernd Hövener

Vollmitglied

MOIN CC
Klinik für Radiologie und Neuroradiologie
Sektion Biomedizinische Bildgebung

Dr. rer. nat. Matthias Hübenthal

Assoziiertes Mitglied

UKSH Campus Kiel
Klinik für Dermatologie, Venerologie und Allergologie
AG Prof. Weidinger

Jennifer Hundt

Vollmitglied

UKSH Campus Lübeck
LIED - Lübecker Institut für Experimentelle Dermatologie

Saleh Ibrahim

Vollmitglied

UKSH Campus Lübeck
LIED - Lübecker Institut für Experimentelle Dermatologie
Genetics of Inflammatory Diseases

Prof. Dr. med. Olav Jansen

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Klinik für Radiologie und Neuroradiologie

Prof. Dr. Christoph Kaleta

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Institut für Experimentelle Medizin
c/o Transfusionsmedizin

Prof. Dr. rer. nat. Ben Krause-Kyora

Vollmitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Klinische Molekularbiologie
Ancient DNA Research

Prof. Dr. med. Matthias Laudes

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Institut für Diabetologie und klinische Stoffwechselforschung

Stefanie Lehmann, M.Sc.

Assoziiertes Mitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik
Integrierte Systeme und Photonik
AG Prof. Gerken

Prof. Dr. med. Wolfgang Lieb

Vollmitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Epidemiologie

Prof. Dr. rer. physiol. Edmund Maser

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Institut für Toxikologie und Pharmakologie für Naturwissenschaftler

Prof. Dr. med. Oliver Müller

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Klinik für Innere Medizin III - Kardiologie und Angiologie
Translationale Kardiologie

Dr. rer. nat. Christian Peters

Assoziiertes Mitglied

UKSH Campus Kiel
Institut für Immunologie
AG Prof. Kabelitz

Thomas Peters

Vollmitglied

Universität zu Lübeck
Institut für Chemie und Metabolomics

Alina Pisarevskaja

Assoziiertes Mitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde
Lebensmitteltechnologie
AG Prof. Schwarz

Prof. Dr. Gabriela Riemekasten

Vollmitglied

UKSH Campus Lübeck
Klinik für Rheumatologie und klinische Immunologie

Prof. Dr. rer. nat. Thomas Roeder

Vollmitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Zoologisches Institut
Molecular Physiology

Prof. Dr. Christian Sadik

Vollmitglied

UKSH Campus Lübeck
Klinik für Dermatologie, Allergologie und Venerologie
Angeborene Immunität

Prof. Dr. rer. nat. Heiner Schäfer

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Institut für Experimentelle Tumorforschung (IET)
c/o Klinik für Innere Medizin I

Prof. Dr. Ulrich Schaible

Vollmitglied

Forschungszentrum Borstel - Leibniz Lungenzentrum
Zelluläre Mikrobiologie
Programmbereich Infektionen

Prof. Dr. Ulrich Schmidt

Vollmitglied

Institut für Weltwirtschaft
FB Sozial- und verhaltensökonomische Ansätze zur Lösung globaler Probleme

Prof. Dr. med. Stefan Schreiber

Sprecher

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Klinische Molekularbiologie

Prof. Dr. med. Dominik Schulte

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Klinik für Innere Medizin I

Markus Schwaninger

Vollmitglied

Universität zu Lübeck
Institut für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie

Prof. Dr. Karin Schwarz

Vollmitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde
Abteilung Lebensmitteltechnologie

PD Dr. Dominik Schwudke

Vollmitglied

Forschungszentrum Borstel - Leibniz Lungenzentrum
Bioanalytische Chemie
Programmbereich Infektionen

apl. Prof. Dr. Frank Sönnichsen

Vollmitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Otto Diels-Institut für Organische Chemie
Spektroskopische Abteilung

Prof. Dr. Silke Szymczak

Vollmitglied

Universität zu Lübeck
Institut für Medizinische Biometrie und Statistik

Oronzo Tassiello

Assoziiertes Mitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde
Nutriinformatik

Jun.-Prof. Dr. Silvio Waschina

Assoziiertes Mitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde
Nutriinformatik

Prof. Dr. Stephan Weidinger

Vollmitglied

UKSH Campus Kiel
Klinik für Dermatologie, Venerologie und Allergologie

Prof. Dr. Siegfried Wolffram

Vollmitglied

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Tierernährung und Stoffwechselphysiologie