Molekulare Mechanismen der bakteriellen Kommunikation im Darmmikrobiom

• Antragsteller: Professor Dr. Kai Papenfort
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564323947

Das Darmmikrobiom von Säugetieren, ein komplexes Ökosystem aus Hunderten von Bakterienarten, hat einen tiefgreifenden Einfluss auf die Gesundheit des Wirts. Diese Bakteriengemeinschaften müssen sich kontinuierlich an vom Wirt verursachte Umweltveränderungen wie Ernährungs- und Medikamentenänderungen anpassen. Eine mangelnde Anpassung kann zu einem Ungleichgewicht der Mikrobiota mit negativen gesundheitlichen Folgen für den Wirt (Dysbiose) führen. Die Mechanismen, mit denen Darmmikroben ihre Funktionen im Wirt modulieren, sind jedoch noch weitgehend unerforscht. Unsere eigenen Forschungsarbeiten, sowie die Arbeiten anderer Gruppen haben gezeigt, dass die bakterielle Kommunikation durch chemische Signale, d. h. Quorum Sensing, eine wichtige Rolle bei mikrobiellen Interaktionen spielt. Die Funktionen des Quorum Sensing in komplexen, artenübergreifenden Darmgemeinschaften sind jedoch nur unzureichend verstanden. In diesem Projekt werden wir untersuchen, wie mikrobielle Kommunikationssysteme innerhalb des Darmmikrobioms von Säugetieren die Funktionen der Mikrobiota regulieren und so die Gemeinschaftsdynamik beeinflussen, und wie sich dies letztlich auf die Widerstandsfähigkeit gegen Umweltstörungen wie das Eindringen von Krankheitserregern auswirkt. Hierbei konzentrieren wir uns auf Bacteroides thetaiotaomicron, eine der am weitesten verbreiteten Bakterienarten im menschlichen Darm, und die von uns kürzlich identifizierten Pyrazinon Quorum Sensing Signale. Wir werden Molekulargenetik, analytische Chemie und Mausmodelle verwenden, um (i) die Moleküle und Signalwege zu identifizieren, die an der Kommunikation zwischen Arten beteiligt sind, (ii) zu entschlüsseln, wie Quorum Sensing das mikrobielle Verhalten auf Artenebene beeinflusst, und (iii) zu untersuchen, wie es die Funktionen und Gemeinschaftsdynamik der Mikrobiota in Gegenwart des wichtigen menschlichen Krankheitserregers, Vibrio cholerae, beeinflusst. Durch die Entschlüsselung des chemischen Lexikons und der Signalwege, die auf Quorum Sensing Signale in B. thetaiotaomicron reagieren, werden wir zu einem besseren Verständnis beitragen, wie mikrobielle Kommunikation die Dynamik und Funktion der Mikrobiota-Gemeinschaft im Darm beeinflusst und wie diese Prozesse die Anpassung an schwankende und widrige Bedingungen, einschließlich der Krankheitserregerabwehr, fördern können. Die Entschlüsselung dieser Mechanismen wird unsere Fähigkeit verbessern, Ungleichgewichte der Mikrobiota zu verhindern und neue Strategien für ein wirksames Dysbiose-Management zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2474: Entschlüsselung neuer Genfunktionen im menschlichen Darmmikrobiom
• Internationaler Bezug: Portugal
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Karina Xavier