Titel der Doktorarbeit
Konservierung der humanen intestinalen Mikrobiota

Projektbeschreibung
Eine intakte Darmflora ist essentiell für Gesundheit und Wohlbefinden des Menschen. Immer häufiger ist das humane intestinale Mikrobiom durch Infektionen mit Clostridium difficile, dem häufigsten multiresistenten Mikroorganismus, oder chronisch-entzündlichen Darmkrankheiten gefährdet. Als Therapieansatz birgt der Transfer eines gesunden humanen Mikrobioms auf Patienten mit gestörtem Mikrobiom ein Potential hinsichtlich der Entwicklung neuer Medikamente und Behandlungsmethoden.

Ziel dieses Projekts ist, eine Methode zu entwickeln, die es erlaubt, ein getrocknetes und damit lagerfähiges sowie in Kapselform oral leicht transferfähiges Mikrobiom verfügbar zu machen. Für Vorarbeiten wird ein Minimalkonsortium als Modell verwendet, welches die Hauptvertreter (bzw. Surrogate davon) des humanen Mikrobioms enthält. Diese werden bei unterschiedlichen Prozessbedingungen fermentiert, angereichert und anschließend mittels Gefriertrocknung in einen haltbaren Zustand mit dennoch hoher Vitalität und Viabilität überführt.

Das vorliegende Projekt soll Daten und methodische Erfahrungen ergeben, die weiterführende Projektanträge auf diesem Themengebiet ermöglichen.

Titel der Doktorarbeit
Variabilität im Energiestoffwechsel des Menschen: Suche nach genetischen Determinanten und ihrer Funktion

Projektbeschreibung
Der Energieverbrauch des Menschen zeigt eine hohe Variabilität von Person zu Person, die das Körpergewicht und das Adipositasrisiko maßgeblich moduliert. Bislang ist wenig über die Rolle genetischer Faktoren bekannt. Daher soll untersucht werden, wie der Energieverbrauch in Ruhe und nach definierter Kälteexposition mit bekannten Adipositasgenen assoziiert ist. Ein Fokus liegt dabei auf dem FTO-Locus, der die Thermogenese im weißen Fettgewebe („Browning“) vermindert und damit das Adipositasrisiko erhöht.

Titel der Doktorarbeit
Einfluss von Prozessbedingungen und Lebensmittelmatrix auf die Bindung von Gallensäuren an Lupinenballaststoffen im Speisebrei und Effekte auf die Zusammensetzung des gastrointestinalen Mikrobioms

Projektbeschreibung
Ballaststoffe aus Lupinensamen zeigen positive Effekte auf die menschliche Verdauung, da sie das Stuhlvolumen vergrößern, die Transitzeit verkürzen und Gallensäuren aus dem Speisebrei adsorptiv binden können. Die sorptiven Eigenschaften der Ballaststoffe können durch Prozessparameter bei der Isolierung sowie durch die Lebensmittelmatrix und die Verarbeitung der Lebensmittel beeinflusst werden.

Im Rahmen des Vorhabens werden mit Hilfe eines in vitro-Sorptionsmodells unterschiedlich behandelte Ballaststofffraktionen aus Lupinensamen in definierten Lebensmittelmatrices auf ihre Gallensäurenbindung untersucht. Durch Variation der Prozessparameter und der Lebensmittelkomponenten können teilweise verdaute Speisebrei-Muster gewonnen werden. Diese sollen genutzt werden, um die Effekte von Lupinenballaststoffen und gebundenen Gallensäuren auf die Zusammensetzung des gastrointestinalen Mikrobioms zu untersuchen.

Die Untersuchungen finden am Fraunhofer Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung sowie am Lehrstuhl für Ernährung und Immunologie und am Lehrstuhl für Ernährungsmedizin der Technischen Universität München statt.

Titel der Doktorarbeit
Einfluss von Ernährungsinterventionen auf die Aktivität des braunen Fettgewebes

Projektbeschreibung
Zitterfreie Thermogenese findet bei Säugetieren hauptsächlich im braunen Fettgewebe (BAT) statt. In einer kalten Umgebung, vermittelt durch adrenerge Signalwege, sichert die Wärmeproduktion durch BAT das Überleben von kleinen Nagetieren und Winterschläfern und trägt außerdem zur nahrungsinduzierten Thermogenese bei. Uncoupling protein 1 (UCP1) wird in BAT Mitochondrien exprimiert und entkoppelt die Verwertung der Nahrungsenergie von der ATP Produktion, um dadurch Energie in Form von Wärme abzugeben. Aufgrund seiner Schlüsselrolle bei der Regulation der Energiebilanz konzentriert sich die momentane Forschung auf das therapeutische Potenzial von BAT zur Bekämpfung von Übergewicht und Typ 2 Diabetes. Die Entdeckung von funktionellem BAT in gesunden Erwachsenen hat großes Interesse erweckt den Energieverbrauch zu erhöhen, indem man die Thermogenese im BAT verstärkt. Erste pharmakologische Versuche, BAT durch Sympathomimetika zu aktivieren, sind wegen unerwünschter kardiovaskulärer Nebenwirkungen gescheitert. Unser Ziel ist es, neue Ernährungsinterventionen zu identifizieren, die entweder eine Aktivierung des BAT über nicht-sympathische Signalwege vermitteln oder endogene sympathische Aktivierungsmechanismen verstärken.

Titel der Doktorarbeit
Bewertung der Darmmikrobiom-Host Interaktion in einer populationsbasierten Kohorte

Projektbeschreibung
Das Darm-assoziierte mikrobielle Ökosystem, auch intestinales Mikrobiom genannt, hat einen wichtigen Einfluss auf die Gesundheit des Menschen. Unsere Arbeiten konzentrieren sich auf die Frage, wie die Ernährung die Zusammensetzung und Funktion des intestinalen Mikrobioms beim Menschen in unterschiedlichen Lebensphasen beeinflusst. Dafür werden Stuhlproben der prospektiven Kohortenstudie KORA mittels Hochdurchsatzsequenzierung untersucht.

Publikationen

• Lagkouvardos I, Fischer S, Kumar N, Clavel T (2017). Rhea: a transparent and modular R pipeline for microbial profiling based on 16S rRNA gene amplicons. PeerJ 5:e2836.
• Ott B, Skurk T, Hastreiter L, Lagkouvardos I, Fischer S, Büttner J, Kellerer T, Clavel T, Rychlik M, Haller D, Hauner H (2017). Effect of caloric restriction on gut permeability, inflammation markers, and microbiota composition in obese women. Sci Rep. 7:11955.
• Ott B, Skurk T, Lagkouvardos I, Fischer S, Buttner J, Lichtenegger M, Clavel T, Lechner A, Rychlik M, Haller D, Hauner H (2018). Short-term overfeeding with dairy cream does not modify gut permeability, the fecal microbiota, or glucose metabolism in young healthy men. J Nutr 148, 77-85
• Bamberger C, Rossmeier A, Lechner K, Wu L, Waldmann E, Fischer S, Stark RG, Altenhofer J, Henze K, Parhofer KG (2018). A walnut-enriched diet affects gut microbiome in healthy Caucasian subjects: A randomized, controlled trial. Nutrients 10(2): E244
• Mak’Anyengo R, Duewell P, Reichl C, Hörth C, Lehr H-A, Fischer S, Clavel T, Denk G, Hohenester S, Kobold S, Endres S, Schnurr M, Bauer C (2018). Nlrp3-dependent IL-1β inhibits CD103+ dendritic cell differentiation in the gut. JCI insights 3(5), e96322.
• Waldschmitt N, Metwaly A, Fischer S, Haller D (2018). Microbial signatures as a predictive tool in IBD—pearls and pitfalls. Inflamm Bowel Dis. 24(6), 1123-1132.

Titel der Doktorarbeit
Anwendung hochauflösender Metabolomics in Ernährungs- und Kohortenstudien

Projektbeschreibung
Ziel des Projekts ist die Weiterentwicklung von Metabolomics als Werkzeug zur Entdeckung neuer Metaboliten (non-targeted discovery Metabolomics). Im Rahmen des Projekts werden die Metabolite des Mikrobioms in unterschiedlichen Körperflüssigkeiten mittels einer Kombination aus hochauflösenden massenspektrometrischen Messungen bestimmt. Neue mathematische Auswertungsverfahren zur Erstellung von Metabolitennetzwerken und zur Bestimmung wichtiger chemischer Verbindungen sollen aufgebaut werden. Gezielte Metabolitenprofile und deren Dynamik werden als Funktion von Ernährungsparametern modelliert.

Titel der Doktorarbeit
Quantitative Metabolitenprofilierung von Studienkohorten unterschiedlicher Lebensstufen

Projektbeschreibung
Obwohl die Nahrungsaufnahme ein wichtiger Einflussfaktor bei der Veränderung komplexer Metabolitprofile ist, sind detaillierte Kenntnisse über die Zusammenhänge des Nahrung/Mikrobiom/Gesundheit-Nexus in Abhängigkeit verschiedenen Lebensphasen nicht verfügbar. Der Fokus des Projektes liegt auf der gezielten Hochdurchsatzquantifizierung einer breiten Vielzahl an Stoffwechselmetaboliten in biologischen Flüssigkeiten aus Forschungsstudien des BMBF-geförderten enable-Projektes (Koop. mit Prof. Hauner/Haller) sowie prospektiven und Interventions-Studien wie z.B. die Töpfer- und die KORA-Kohorte (Koop. mit PD Dr. Linseisen). Mit dem Ziel höchster Genauigkeit und Sensitivität sollen Methoden zur multi-parametrischen Metabolitenquantifizierung (DMS-UPLC-MS/MS_MRM-SIVA) entwickelt werden und auf die Analyse bekannter Metaboliten sowie mittels Screening identifizierter, bislang unbekannter Biomarker (Koop. mit Prof. Schmitt-Kopplin/HMGU) in Humanproben angewandt werden, gefolgt von einer multivariaten Datenauswertung. Schließlich sollen die entwickelten SIVA-Methoden aus Proben aus Zellkultur- und Mausmodell-Studien (Prof. Klingenspor) sowie aus Minischweine (Prof. Schnieke) angewandt werden.​

Titel der Doktorarbeit
Erfassung der Mikrobiota kleiner Nischen mittels Sequenzierung

Projektbeschreibung
Eine Routineanwendung für moderne Hochdurchsatz-Sequenzierung ist die Identifizierung von Bakterien aus Stuhl- oder Hautproben mittels 16S rRNA Genen. Dabei sind kleine mikrobielle Nischen, wie zum Beispiel Bakterien in Darmkrypten oder aus der Darmschleimhaut von großem Interesse um Interaktionen von Bakterien mit dem Wirt in diesen Fokuspunkten zu untersuchen. Daher werden in diesem Projekt Methoden entwickelt, um zuverlässig diese Mikrobengemeinschaften mit wenigen Bakterien zu erfassen. Des Weiteren wird die 16S rRNA Sequenzierung verbessert, um so eine höhere Auflösung bezüglich der Arten zu erreichen

Publikationen

• Hücker SM, Vanderhaeghen S, Abellan-Schneyder I, Scherer S, Neuhaus K (2018). The novel anaerobiosis-responsive overlapping gene ano is overlapping antisense to the annotated gene ECs2385 of Escherichia coli O157:H7 Sakai. Front Microbiol. 9:931.
• Hücker SM, Vanderhaeghen S, Abellan-Schneyder I, Wecko R, Simon S, Scherer S, Neuhaus K (2018). A novel short L-arginine responsive protein-coding gene (laoB) antiparallel overlapping to a CadC-like transcriptional regulator in Escherichia coli O157:H7 Sakai originated by overprinting. BMC Evol Biol. 18(1):21.

Titel der Doktorarbeit
Entschlüsselung von Metatranslatomen – eine fundamentale Schnittstelle zum Verständnis der Funktionalität der Darmmikrobiota

Projektbeschreibung
Metatranslatome (d.h. RIBOseq Experimente) von Darmbakterien geben einen Aufschluss über die aktuelle Translation der bakteriellen Gene. In dieser Arbeit soll mit einem vereinfachten menschlichen Darmbakterien-Konsortium die Translation bakterieller Gene dieser Bakterien erforscht werden. Die RIBOSeq Methode wird zunächst auf einzelne Bakterienarten und dann auf mehrere Stämme des Konsortiums angewandt. Hierbei steht die Erforschung der Interaktionen der Bakterien untereinander, als auch in Bezug zu verschiedenen Umweltbedingungen im Vordergrund

Publikationen

• Stolpe C, Giehren F, Krämer U, Müller C (2017). Both heavy metal-amendment of soil and aphid-infestation increase Cd and Zn concentrations in phloem exudates of a metal-hyperaccumulating plant. Phytochemistry 139(7):109-117.