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Die Rolle des Mikrobioms bei gastrointestinalen Infektionen

Der Magen-Darmtrakt eines gesunden Menschen ist ein Ökosystem mit einer unvorstellbaren mikrobiellen Vielfalt. Die einzelnen Bakterien im Mikrobiom bilden ein Netzwerk aus physischen und metabolischen Interaktionen und bewerkstelligen so den Abbau von Wirts- und Nahrungsstämmigen Nährstoffen. Eine normale, gesunde Mikrobiota verhindert die Besiedlung durch Erreger und vermittelt somit Kolonisierungsresistenz. Antibiotika, Immunsuppression oder Entzündungen können die Kolonisierungsresistenz jedoch verringern und ein Ungleichgewicht der Mikrobiota (oft als Dysbiose bezeichnet) hervorrufen, was zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Besiedlung mit bakteriellen Erregern und Infektionen führt. Eine gestörte Mikrobiota ist durch Verringerung von obligat anaeroben Arten (z.B. Clostridia und Bacteroidetes) und die Zunahme von fakultativ anaeroben Bakterien, insbesondere Enterobacteriaceae („Enterobacterial Blooming“). Während einer Infektion kommt es zur Bildung alternativer Elektronenakzeptoren wie NO3-, antimikrobieller Effektoren und Eisenmangel-Bedingungen, welche zudem das Hochwachsen von Enterobacteriaceae begünstigen. Weiterhin kommt es während „Enterobacterial Blooms“ zum horizontalen Transfer von Fitness- und Virulenzfaktoren sowie Antibiotikaresistenzen zwischen potentiell pathogenen Bakterien, was eine potentielle Gefahr für die Gesundheit darstellt.

Aufgrund der extremen Komplexität des Mikrobioms sind die Mechanismen der Kolonisierungsresistenz, z.B. die Interaktion zwischen Mikrobiota, Immunsystem und Erreger, weitestgehend ungeklärt. Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich insbesondere mit Infektionen Gram-negativer Erreger wie Salmonella enterica und Escherichia coli (z.B. EHEC). Mit unserer Forschung verfolgen wir folgende Ziele:

  1. Die Charakterisierung von Wechselwirkungen zwischen den kommensalen Bakterien untereinander sowie mit verschiedenen Erregern
  2. Ein besseres Verständnis, inwieweit die Interaktion zwischen einzelnen Bakterien, Umweltfaktoren und Wechselwirkungen mit der Mukosa die Evolution und den horizontalen Genaustausch in diesem Ökosystem beeinflusst
  3. Die Analyse der Auswirkungen von Parametern wie Entzündungsreaktionen, Muzinen und Antibiotika auf das Mikrobiom und Pathogene sowie deren Wechselwirkungen und Genexpression