Forschungsschwerpunkt
Der menschliche Magen-Darm-Trakt ist ein Ökosystem von unübertroffener Vielfalt. Mikrobielle Gemeinschaften, darunter Bakterien, Archaea, Eukaryoten und Viren, besiedeln den Darm und werden als Darmmikrobiota bezeichnet. Insbesondere die bakteriellen Mitglieder sind in ein ökologisches Netzwerk aus Kooperation und Konkurrenz eingebunden, insbesondere über ihre Stoffwechselprodukte, was einen enormen Einfluss auf die menschliche Gesundheit hat. Bei ansonsten gesunden Menschen ist die Mikrobiota meist in der Lage, die Besiedlung durch Darmpathogene in einem als Kolonisationsresistenz bezeichneten Prozess zu blockieren. Antibiotika, Immunsuppression und Entzündungen können jedoch die Kolonisationsresistenz stören und zu einem Ungleichgewicht der Mikrobiota führen, wodurch die Anfälligkeit für Infektionen mit Pathogenen erhöht wird. Eine gestörte Mikrobiota ist durch einen Rückgang der obligat anaeroben Arten und eine relative Anreicherung fakultativ anaerober Bakterien, insbesondere von Mitgliedern der Enterobacteriaceae, gekennzeichnet, was zu dem Begriff „Enterobacterial blooming” geführt hat. Aufgrund der enormen Vielfalt der Darmmikrobiota sind die Mechanismen, die die Kolonisationsresistenz steuern, d. h. die Interaktion zwischen Mikrobiota, Immunsystem des Wirts und Krankheitserregern, noch weitgehend unklar. Wir verwenden Bottom-up-Ansätze, ausgehend von Isolaten und definierten mikrobiellen Gemeinschaften, die wir sowohl in vitro als auch in gnotobiotischen Mäusen untersuchen können.
Mit Schwerpunkt auf Infektionen mit gramnegativen Darmpathogenen wie Salmonella enterica und pathogenen Escherichia coli verfolgen wir folgende Ziele:
Verständnis der Wechselwirkungen zwischen kommensalen Bakterien untereinander und mit Darmpathogenen
Aufklärung, wie Phagen, entzündliche Immunreaktionen und Antibiotika die Mikrobiota und Pathogene, ihre Wechselwirkungen und die Genexpression beeinflussen.
Analyse, wie die bakterielle Evolution und der horizontale Gentransfer im Darmökosystem durch mikrobielle Wechselwirkungen, Umweltfaktoren und die Interaktion mit der Schleimhaut des Wirts geprägt werden
Schlüsselpublikationen
Weiss AS, Niedermeier LS, von Strempel A, Burrichter AG, Ring D, Meng C, Kleigrewe K, Lincetto C, Hübner J, Stecher B. Nutritional and host environments determine community ecology and keystone species in a synthetic gut bacterial community. Nat Commun. 2023 Aug 8;14(1):4780. doi: 10.1038/s41467-023-40372-0.
Eberl C, Weiss AS, Jochum LM, Durai Raj AC, Ring D, Hussain S, Herp S, Meng C, Kleigrewe K, Gigl M, Basic M, Stecher B. E. coli enhance colonization resistance against Salmonella Typhimurium by competing for galactitol, a context-dependent limiting carbon source. Cell Host Microbe. 2021 Sep 29:S1931-3128(21)00420-0. doi: 10.1016/j.chom.2021.09.004.
Herp S, Brugiroux S, Garzetti D, Ring D, Jochum LM, Beutler M, Eberl C, Hussain S, Walter S, Gerlach RG, Ruscheweyh HJ, Huson D, Sellin ME, Slack E, Hanson B, Loy A, Baines JF, Rausch P, Basic M, Bleich A, Berry D, Stecher B. Mucispirillum schaedleri Antagonizes Salmonella Virulence to Protect Mice against Colitis. Cell Host Microbe. 2019 May 8;25(5):681-694
Brugiroux S., Beutler M., Pfann C., Garzetti D., Ruscheweyh H.J., Ring D., Diehl M., Herp S., Lötscher Y., Hussain S., Bunk B., Pukall R., Huson D.H., Münch P.C., McHardy A.C., McCoy K.D., Macpherson A.J., Loy A., Clavel T., Berry D., Stecher B. Genome-guided design of a defined mouse microbiota that confers colonization resistance against Salmonella enterica serovar Typhimurium. Nat Microbiol. 2016 Nov 21;2:16215. doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.215. PMID: 27869789.