Im Rahmen der vom Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF) geförderten „Translational GI Microbiome Research Platform“ werden Prinzipien der Mikrobiota-basierten Intervention bei der Virulenz von Darmpathogenen (Schwerpunkt: EHEC und Salmonellen) aufgeklärt. In der Vergangenheit haben wir mittels vergleichender Mikrobiomanalyse verschiedene kommensale Bakterien identifiziert, die vor einer enterischen S. Tm-Infektion schützen. Mit dem gnotobiotischen OMM12-Mausmodell konnten wir die Kausalität des Schutzes nachweisen und die zugrunde liegenden Mechanismen aufdecken.

Kommensale E. coli können die Kolonisierung von S. Tm blockieren, ein Mechanismus, der vom mikrobiellen Kontext abhängig ist (Eberl et al., 2021). In einem infektionsfördernden Kontext (z. B. bei Mäusen, die mit einer wenig diversifizierten Mikrobiota besiedelt sind) steht eine große Vielfalt an Kohlenstoffquellen zur Verfügung, die sowohl das Wachstum von E. coli als auch von S. Tm ermöglicht. Bei Mäusen, die stabil mit OMM12 besiedelt waren und somit einen schützenden Kontext bildeten, verarmten E. coli an Galaktit, einem Substrat, das ansonsten die Besiedlung mit S. Tm fördert. Hier trugen Lachnospiraceae, die in der Lage sind, C5- und C6-Zucker zu konsumieren, entscheidend zur Kolonisationsresistenz bei. Wir vermuten, dass E. coli die Resistenz gegen die Kolonisierung durch die Erschöpfung einer begrenzten Kohlenstoffquelle bewirkt, wenn es sich um eine mikrobielle Gemeinschaft handelt, die in der Lage ist, Einfachzucker aus dem Darm zu entfernen.

Darüber hinaus haben wir anhand eines Salmonelleninfektionsmodells bei Mäusen festgestellt, dass Veränderungen der Mikrobiota und die Anreicherung von Mucispirillum spp. mit dem Schutz vor einer Infektion korrelieren. Diese Gattung gehört zum Stamm der Deferribacteres und ist ein weit verbreitetes, aber nicht sehr häufig vorkommendes Mitglied der Mikrobiota von Nagetieren, Schweinen und Menschen (Herp et al., 2021). Mucispirillum spp. ist unter entzündlichen Bedingungen im Darm angereichert (Loy et al., 2017) und wurde kürzlich auch mit der Entwicklung von Morbus Crohn-ähnlicher Kolitis in immundefizienten Mäusen in Verbindung gebracht (Herp et al., 2021). Anhand des OMM12-Mausmodells konnten wir zeigen, dass Mucispirillum schaedleri auch vor S. Tm-Kolitis schützt, indem es die Expression von Invasionsgenen beeinträchtigt und um anaerobe Elektronenakzeptoren wie Nitrat konkurriert. Unsere Studie belegt, dass M. schaedleri, ein zentrales Mitglied der Darmmikrobiota von Mäusen, ein wichtiger Antagonist der Virulenz von S. Tm im Darm ist (Herp et al., 2019).

Publikations:

Eberl, C., Weiss, A.S., Jochum, L.M., Durai Raj, A.C., Ring, D., Hussain, S., Herp, S., Meng, C., Kleigrewe, K., Gigl, M., et al. (2021). E. coli enhance colonization resistance against Salmonella Typhimurium by competing for galactitol, a context-dependent limiting carbon source. Cell Host Microbe. 29(11), 1680-1692 e1687. DOI:10.1016/j.chom.2021.09.004

Herp, S., Brugiroux, S., Garzetti, D., Ring, D., Jochum, L.M., Beutler, M., Eberl, C., Hussain, S., Walter, S., Gerlach, R.G., et al. (2019). Mucispirillum schaedleri Antagonizes Salmonella Virulence to Protect Mice against Colitis. Cell Host Microbe. Published online 2019/04/23 DOI: 10.1016/j.chom.2019.03.004.

Herp, S., Durai Raj, A.C., Salvado Silva, M., Woelfel, S., and Stecher, B. (2021). The human symbiont Mucispirillum schaedleri: causality in health and disease. Med Microbiol Immunol. 210(4), 173-179. DOI: 10.1007/s00430-021-00702-9.

Loy, A., Pfann, C., Steinberger, M., Hanson, B., Herp, S., Brugiroux, S., Gomes Neto, J.C., Boekschoten, M.V., Schwab, C., Urich, T., et al. (2017). Lifestyle and Horizontal Gene Transfer-Mediated Evolution of Mucispirillum schaedleri, a Core Member of the Murine Gut Microbiota. mSystems. 2(1). DOI: 10.1128/mSystems.00171-16.

External links:

https://www.dzif.de/en/working-group/translational-microbiome-research-platform
https://www.dzif.de/en/working-group/cegimir-centre-gi-microbiome-research
https://www.dzif.de/de/auf-der-suche-nach-bakteriencocktails-zur-bekaempfung-von-infektionen
https://www.dzif.de/de/salmonellen-infektion-schuetzende-darmbakterien-identifiziert