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Arbeitsgruppe Stecher

Die Rolle der Darmmikrobiota bei gastrointestinalen Infektionen

Der Magen-Darmtrakt eines gesunden Menschen beherbergt ein mikrobielles Ökosystem mit einer unvorstellbaren Vielfalt, welches als Mikrobiota bezeichnet wird. Die einzelnen Bakterien 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 (Dysbiose) hervorrufen, was zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Besiedlung mit bakteriellen Erregern und Infektionen führt.
Eine dysbiotische Mikrobiota ist durch Verringerung von obligat anaeroben Arten (z.B. Clostridia und Bacteroidetes) und die Zunahme von fakultativ anaeroben Bakterien, insbesondere Enterobacteriaceae, gekennzeichnet. Dies wird auch als  „Enterobacterial Blooming“ bezeichnet. 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 der Darmmikrobiota 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, Yersinia enterocolitica 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 Erregern,
2)    ein besseres Verständnis, in wieweit 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 die Mikrobiota und Pathogene sowie deren Wechselwirkungen und Genexpression.

 

“In summary, there are ten viable indigenous bacteria in the GI tract for every cell in the human body. (…) If we assume that one mutation in every 108 bacterial divisions is a viable mutation, 1014 total bacteria in the GI tract theoretically will produce 106 newly mutated viable bacteria at every division cycle. It is estimated that the bacteria in the GI tract divide every 20min. This generation of large numbers of newly mutated bacteria at every division cycle allows the indigenous GI microflora to adapt rapidly to GI environmental changes.”
Berg, R. D., (1996) The indigenous gastrointestinal microflora. Trends in microbiology 4: 430-435.