Identifizierung von mikrobiellen Signaturen bei entzündlichen Darmerkrankungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die entzündliche Darmerkrankung (CED) ist eine chronische Erkrankung des Verdauungssystems, zu der Morbus Crohn (CD) und Colitis ulcerosa (UC) als wichtigste Unterformen gehören und von der insgesamt etwa 3,6 Millionen Menschen weltweit betroffen sind. Beobachtungen aus internationalen Studien deuten darauf hin, dass das Darmmikrobiom ein wichtiger intermediärer Phänotyp ist, der eine wichtige Rolle bei der Regulierung verschiedener metabolischer und physiologischer Funktionen spielt und für die Gesundheit des Darms von wesentlicher Bedeutung ist. Obwohl bekannt ist, dass das Auftreten von CED mit einem verminderten Artenreichtum und einer unterschiedlichen Abundanz verschiedener bakterieller Spezies korreliert, unterscheiden sich die Muster der Dysbiose des Darmmikrobioms bei CED-Patienten in den veröffentlichten Studien. Um das Verständnis der mikrobiellen und/oder metabolischen Krankheitsursachen zu verbessern, zielte diese Studie darauf ab, Mikrobiomveränderungen bei inzidenten Individuen innerhalb einer großen und gut charakterisierten prospektiven CED-Kohorte aus Kiel zu untersuchen. Durch Shotgun-Metagenom-Sequenzierung von Stuhlproben von etwa 150 CD- und 150 UC- Indexpatienten sowie 600 erstgradig gesunde Verwandte und mehr als 1.000 gesunden Kontrollpersonen konnten wir Veränderungen der mikrobiellen Diversität auf Stammebene bestimmen. Während der Laufzeit des vorgeschlagenen Projekts wurde in unserer Forschungsgruppe zudem eine hocheffektive Metagenom-Pipeline etabliert, die für die Vorverarbeitung der Daten verwendet wurde (github.com/ikmb/metagenomic-workflows) und die Identifizierung von über- und unterrepräsentierten mikrobiellen Mitgliedern bei CED-Patienten ermöglichte. Wie bereits beschrieben, war die allgemeine mikrobielle Diversität bei beiden Subtypen im Vergleich zu gesunden Kontrollen deutlich geringer. Obwohl wir eine allgemeine Zunahme von Proteobakterien in beiden Subtypen nachweisen konnten, beobachteten wir signifikante Unterschiede in den Häufigkeiten von Firmicutes (geringere Anzahl in CD) und Bacteroidetes (geringere Anzahl in UC), was stark für differentielle mikrobielle Veränderungen in beiden Subtypen spricht. Wir beobachteten auch einen signifikanten Rückgang von Methanoarchaeen in beiden Subtypen, was in einer kleinen Teilmenge durch die Verwendung eines Amplikon-basierten Ansatzes zum spezifischen Nachweis von Archaeen bestätigt wurde. Da die metagenomischen Reads relativ geringe Mengen an Pilzen enthielten, aber Hinweise auf eine unterschiedliche Häufigkeit von Candida-Arten ergaben, führten wir zusätzlich eine quantitative Real-time-PCR durch und bestätigten damit eine signifikant höhere Häufigkeit von C. tropicalis bei UC-Patienten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Projekt tiefere Einblicke in die mikrobielle Gemeinschaft und ihre Dysbiose bei CED-Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen ermöglichte, mit besonderem Augenmerk auf wenig untersuchte mikrobielle Mitglieder wie Pilze und Archaeen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Long‐Term Dietary Effects on Human Gut Microbiota Composition Employing Shotgun Metagenomics Data Analysis. Molecular Nutrition & Food Research, 67(24).
Troci, Alba; Rausch, Philipp; Waschina, Silvio; Lieb, Wolfgang; Franke, Andre & Bang, Corinna
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MAGScoT: a fast, lightweight and accurate bin-refinement tool. Bioinformatics, 38(24), 5430-5433.
Rühlemann, Malte Christoph; Wacker, Eike Matthias; Ellinghaus, David & Franke, Andre
