Meta-Transkriptom Analyse von Mikrobiota-Wirt Interaktionen in einer longitudinalen Studie bei Patienten mit Zystischer Fibrose

• Antragsteller: Sébastien Boutin, Ph.D.; Professor Dr. Alexander Dalpke
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432969571

Patienten, die an Zystischer Fibrose (CF) erkrankt sind, entwickeln polymikrobielle Infektionen der unteren Atemwege und eine chronisch entzündliche Wirtsantwort, die schließlich eine stetige Verminderung der Lungenfunktion bedingen. Mithilfe moderner Hochdurchsatz-Sequenzierverfahren konnte die Zusammensetzung des Mikrobioms der Atemwege mittlerweile beschrieben werden. Allerdings sind viele der bislang durchgeführten Untersuchungen Querschnittsstudien, und es bedarf longitudinaler Studien, um insbesondere die Evolution des Mikrobioms im individuellen Patienten besser zu verstehen. Aktuell führen wir eine 16S rRNA basierte Mikrobiom-Studie an einer großen Kohorte von CF Patienten im Rahmen eines durch das Deutsche Zentrum für Lungenforschung (DZL) geförderten Projektes durch. Seit 2013 konnten 318 Patienten eingeschlossen werden, von denen mehr als 6500 longitudinal gewonnene Proben für mikrobiologische Analysen im „Translational lung research center (TLRC) Heidelberg“ vorliegen. Während der laufenden Studie stellte es sich heraus, dass Mikrobiom-Evolution und die Immunantwort des Wirtes eng miteinander verzahnt sind. Damit ergibt sich die Notwendigkeit, die Wirtsantwort zusätzlich zu untersuchen, um das gegenseitige Wechselspiel von Immunantwort und Mikrobiom zu verstehen – dies ist nicht Gegenstand der laufenden DZL Studie.Wir haben eine dual RNAseq Pilotuntersuchung durchgeführt, die die Machbarkeit von Metatranskriptomanalysen aus humanem Sputum zeigen konnte, sodass funktionelle Untersuchungen von Wirt und Mikrobiom möglich werden. Wir möchten jetzt in gut definierten Patienten-Subgruppen mit abgegrenzten mikrobiellen Ökotypen die Entwicklung von Mikrobiota-Wirt Interaktionen mittels dual RNAseq über den Zeitraum von einem Jahr untersuchen. Patienten in unserer Studie werden regelmäßig alle 3 Monate untersucht und Proben genommen. Außerdem erfolgt eine Probengewinnung bei Exazerbation. Basierend auf den zuvor durchgeführten 16S rRNA Analysen können wir Subgruppen definieren, die im Mikrobiom und im klinischen Fortschreiten der Erkrankung differieren und von denen wir jetzt exemplarische Verläufe analysieren wollen. Speziell wollen wir uns auch auf die funktionellen Auswirkungen von kommensalen Bakterien konzentrieren, da hierzu aktuell kontroverse Diskussionen geführt werden.Dazu sollen Metatranskriptom Analysen durchgeführt werden, für die hiermit ausschließlich die Sequenzierkosten beantragt werden. Speziell wollen wir die folgenden Fragen adressieren: Wie stabil sind mikrobielle und Wirts-Transkriptome im Jahresverlauf? Wie verhält sich das mikrobielle Transkriptom in Relation zur Wirtsreaktion? Welche Auswirkungen hat mikrobielle Dominanz auf die Stabilität des Mikrobioms und wie beeinflusst dies den Wirt? Welche kurz- und mittelfristigen Änderungen bedingen Exazerbationen auf das mikrobielle Transkriptom und auf den Wirt? Wie verhalten sich die Transkriptome von Wirt und Mikrobiota zum klinischen Verlauf der Patienten?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen