Aufklärung von Mechanismen der metabolischen Interaktion und der Genfunktion in räumlich interagierenden Mikrobiom-Keystone Bakterien

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Markus Ralser; Professorin Dr. Barbara Stecher-Letsch
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564414706

Humane Darmbakterien interagieren nicht nur mit ihrem Wirt, sondern auch miteinander und steuern dadurch Funktionen des humanen Darmmikrobioms, die für Gesundheit und Krankheit wichtig sind. Keystone Spezies wie Bacteroides caecimuris und Blautia coccoides spielen bei diesen Prozessen eine zentrale Rolle. Ihre Funktionen und Interaktionen sind jedoch in hohem Maße kontextabhängig und werden von spezifischen Umweltbedingungen beeinflusst. Unsere vorläufigen Daten, die auf Basis der Oligo-Mouse-Mikrobiota (OMM12), einer synthetischen Modellgemeinschaft gewonnen haben, deuten darauf hin, dass die Stoffwechselwege und Wechselwirkungen zwischen diesen Keystone Spezies in verschiedenen Medien und Darmregionen erheblich variieren. Darüber hinaus wurden durch Proteomik bisher uncharakterisierte Proteine während der Interaktionen zwischen den Arten induziert. Wir nehmen an, dass die Schlüsselfunktionen durch den Umweltkontext moduliert werden, dass nicht annotierte Proteine den Austausch von Metaboliten vermitteln und dass sich die Erkenntnisse der OMM12-Spezies auf ihre Verwandten in der menschlichen Darmmikrobiota übertragen lassen. Unser interdisziplinäres Team vereint Fachwissen im Bereich der mikrobiellen Ökologie (Labor Stecher) und Analyse des Metabolitenaustauschs unter Verwendung moderner Proteomik- und Metabolomik-Ansätze (Labor Ralser) untersucht werden, um die Mechanismen zu erforschen, die diesen mikrobiellen Interaktionen und Funktionen zugrunde liegen. Unser Ziel ist es, a) einen umfassenden Datensatz der OMM-Gemeinschaft unter verschiedenen Ernährungs-, Umwelt- und räumlichen Bedingungen zu generieren, indem wir In-vitro-Kultivierungssysteme und In-vivo-Proben von gesunden OMM-Mäusen und Krankheitsmodellen verwenden. b) molekulare Reaktionen von Keystone Spezies auf Umweltvariationen zu identifizieren und Schlüsselwege und Metabolitenaustausch durch genetische und ökologische Perturbationen zu validieren. c) uncharakterisierten Proteinen in Schlüsselspezies Funktionen zuzuweisen, bis zu fünf Kandidaten zu validieren, Proteome menschlicher Darmbakterien zu analysieren und ein webbasiertes Tool für den Datenaustausch und die Zusammenarbeit zu erstellen. Durch die Aufdeckung der kontextabhängigen Funktionen von Keystone-Spezies und ihrer Interaktionen wird diese Forschung transformative Einblicke in die Dynamik mikrobieller Gemeinschaften liefern und unser Verständnis ihrer Rolle bei Darmgesundheit und -krankheit verbessern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2474: Entschlüsselung neuer Genfunktionen im menschlichen Darmmikrobiom
• Mitverantwortliche: Dr. Anna Georga Burrichter; Dr. Lisa Juliane Kahl