Diagnostic & Research Center for Molecular BioMedicine

Mikrobiomforschung

Relevanz

Die Oberflächen (Gastrointestinal- und Urogenitaltrakt, Atemwege, Haut) des menschlichen Körpers interagieren mit Billiarden von Mikroorganismen. Dieses sogenannte Mikrobiom beeinflusst Prozesse im gesunden aber auch kranken Menschen. Das Mikrobiom besteht aus einer Vielzahl verschiedener Mikroorganismen, dazu gehören Bakterien, Archaeen, Viren, Pilze und Protozoen. Eine Veränderung des Mikrobioms (Dysbiose) wurde mit einer Vielzahl von Erkrankungen (z.B. Autoimmun- und metabolische Erkrankungen, Krebs, etc.) in Verbindungen gebracht. Durch die (methodischen) Fortschritte in der Mikrobiomforschung ist es nun möglich, die Interaktion Mikrobiom-Mensch zu analysieren. Dabei steht die Grundlagenforschung im Vordergrund, mit dem Ziel Mikrobiom-basierte Diagnostik zu betreiben und das Mikrobiom direkt oder indirekt zu therapieren.

Forschungsstrategie

Christine Moissl-Eichinger, Diagnostik- und Forschungsinstitut für Hygiene, Mikrobiologie und Umweltmedizin: Das humane Archaeom.

Archaeen gelten als nicht pathogen und sind integraler Bestandteil aller (Wirts-assoziierter) Mikrobiome. Diese Mikroorganismen sind bis dato aber unzureichend charakterisiert. Fokus der Forschung ist es den Einfluss von Archaeen auf die Physiologie und Pathologie des Gastrointestinal-, Respirationstrakts und der Haut zu ergründen; die Kultivierung von Archaeen und deren molekulare Charakterisierung (inkl. Genomik, Transkriptomik) und die Analyse der Interaktion mit anderen Mikrobiomdeterminanten (z.B. Bakterien, Pilze; metabolic interaction) wird erforscht.

Gregor Gorkiewicz, Diagnostik- und Forschungsinstitut für Pathologie: Entwicklung Mikrobiom-basierter Diagnostik und Therapiemöglichkeiten (Biotherapeutics).

Die Medizinische Universität Graz hat sich international als Zentrum für Mikrobiom-basierte Therapien (Stuhltransplantation, FMT) und Mikrobiomdiagnostik etabliert. Die Forschung fokussiert sich auf den Einfluß von (veränderten) Mikrobiomen bei gastrointestinalen Erkrankungen (z.B. CED). Durch ein bestehendes Forschungsnetzwerk aus klinischen Partner und modernster Mikrobiomanalyseverfahren ist es möglich, krankmachende aber auch gesundheitsfördernde Mikrobiomsignaturen (beneficial microbes) zu identifizieren. Letztere stellen potentielle Biotherapeutika dar. Diese Mikroben zu isolieren und deren gesundheitsfördernden Determinanten (z.B. antiinflammatorische Moleküle) zu charakterisieren steht derzeit im Focus der Forschung. Zukünftig könnte daher FMT durch charakterisierte Biotherapeutika ersetzt werden.

Christine Moissl-Eichinger und Gregor Gorkiewicz: Gemeinsame Ziele und Synergien.

Das gemeinsame Ziel ist es, bakterielle und archaeelle Mikrobiomkomponenten mit gesundheitsfördernder Wirkung zu identifizieren (Mikrobiomanalyse), zu charakterisieren, zu archivieren (Mikrobiombank) und zur Anwendung (Biotherapeutika) zu bringen. Im Focus liegt dabei die gemeinsame Weiterentwicklung von wet und dry lab Methoden. (Diagnostische) Mikrobiomanalyseverfahren (microbial community profiling, Metagenomik uns -transkriptomik, mikrobielle Genomrekonstruktion und -analyse) kombiniert mit modernster Bioinformatik (machine learning, etc.) ermöglichen die Definition von Mikrobiom-basierten Biomarkern. Etablierte mikroskopische Visualisierungsmethoden (z.B. FISH, hochauflösende Mikroskopie) erlauben die in situ Charakterisierung von Mikrobiomen. Im Focus derzeitiger gemeinsamer Aktivitäten steht der Aufbau einer Kultursammlung (culturomics, Laborstrasse) durch die Kultivierung von Mikroben (Archaeen, Signaturkeime) um diese molekular zu charakterisieren.

Spezifische Stärken

Durch die Besetzung von zwei Professuren für Mikrobiomforschung, Moissl-Eichinger und Gorkiewicz, hat sich die Medizinische Universität Graz international in der Mikrobiomforschung etabliert. Sichtbarkeit und Vernetzung (lokal, national, international) wurde z.B. durch das jährlich stattfindende, internationale Theodor Escherich Symposium, oder durch die Gründung des virtuellen Zentrums für Mikrobiomforschung (www.medunigraz.at/microbiome) zur Unterstützung der klinischen Mikrobiomforschung erzielt. Durch die nun gemeinsame Verortung der Arbeitsgruppen am D&F Zentrum entstehen weitere Synergien durch komplementäre Expertisen. Die Medizinische Universität Graz hat eine für Österreich und Europa einzigartige Infrastruktur für Mikrobiomforschung, welche eine enorme Anwendungsbreite von Kultivierung (Laborstrasse, Anaerobierwerkbänke) bis hin zur Mikrobiomdatenanalyse (Sequencer, Server, pipelines) unterstützt. Außergewöhnlich ist die besondere Nähe zu den klinischen Ressourcen, die die Forschung direkt am Patienten ermöglicht (z.B. FMT). Durch die Vernetzung lokal (BioTechMed), national (insbesondere Wien und Innsbruck) und international ist die Medizinische Universität Graz dadurch in zahlreiche Aktivitäten und Forschungsprogramme eingebunden. Weitere Stärken sind die Ausrichtung von internationalen Tagungen (Theodor Escherich Symposium), Teilnahme an internationalen Konsortien, Entwicklung von CEN- und ISO Standards-, Methodenentwicklung sowie die Aus- und Weiterbildung (Lehrveranstaltungen) in "Mikrobiomik" an der Medizinische Universität Graz. Das virtuelle Zentrum für Mikrobiomforschung dient als Plattform für die Interaktion Klinik-Grundlagenforschung und die Vernetzung der (weiteren) MikrobiomforscherInnen der Medizinische Universität Graz.

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