Fachbereich Mikrobiologie

Dr. Matthias Reiger
Leiter des Fachbereiches "Mikrobiologie"
Umweltmedizin
Dr. Claudia Hülpüsch
Juniorgruppenleitung Fachbereich "Mikrobiom"
Umweltmedizin
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Hintergrund Hautbarriere

Unsere Haut ist eine schützende Barriere zwischen „uns“ und unserer Umwelt. Dabei ist die Haut viel mehr als nur eine physikalische Barriere. Ein saurer pH-Wert, Immunzellen und Hautbakterien, das sogenannte Hautmikrobiom, sind Teil des komplexen Abwehrorgans. Bei Erkrankungen wie der Neurodermitis ist die Hautbarriere aus dem Gleichgewicht geraten. Teilweise ist die Hautbarriere aufgrund von genetischen Veränderungen der Hautbarriereproteine wie z.B. des Filaggrin, Claudin4 und Claudin5 geschädigt. Dies führt zu einem erhöhten Wasserverlust und geringerer Feuchtigkeit der Haut. Ebenso kommt es dadurch zu einem erhöhten Haut pH, welches wiederum das Wachstum von dem pathobionten Staphylococcus aureus fördert (Hülpüsch et al. 2020). Diese Spezies ist mit einem aktiven Schub der Neurodermitis assoziiert (Kong et al 2012). S. aureus kann Toxine und weitere Metabolite ausscheiden, welche einen negativen Einfluss auf die Hautgesundheit haben und somit die bestehende Neurodermitis verschlechtern.

 

Übersicht Hautbarriere (Hülpüsch et al. 2021)

 

 

Forschungsschwerpunkt

Wir interessieren uns insbesondere für das Hautmikrobiom und dessen Metabolom im Zusammenhang mit allergischen Erkrankungen. Welche Umweltfaktoren beeinflussen das Hautmikrobiom? Können wir es aktiv verändern? Und wenn ja, hat das einen positiven Einfluss auf das Krankheitsbild der Neurodermitis? Können Biomarker den Krankheitsstatus oder sogar den Verlauf vorhersagen?

 

 

Projekte

Dafür untersuchen wir mithilfe von 16S Amplikon Sequenzierung das Hautmikrobiom von Gesunden und Neurodermitis PatientInnen über die Zeit. Dies geschieht im Rahmen einer großen Kohortenstudie der Christine Kühne - Center for Allergy Research and Education (CK-CARE) und weiteren kleinen Studien, die wir in Zusammenarbeit mit dem Studienzentrum und der Hochschulambulanz durchführen. Insbesondere interessieren wir uns dafür, ob das Hautmikrobiom durch Umwelteinflüsse wie UV Bestrahlung, Cremes, und weitere Umweltfaktoren  beeinflusst werden kann.

 

Da aus den 16S Amplikon Hautmikrobiomdaten lediglich beschreibende Informationen gewonnen werden können, ergänzen wir diese mit Transkriptom und Metabolom Daten der Haut sowie Metagenomsequenzierung, um tiefere Einblicke in das komplexe Geschehen auf der Haut zu gewinnen. Hier konnten wir bereits herausfinden, dass eine negative Korrelation von S. aureus und der Transkription von den Hautbarriere Proteinen besteht (Altunbulakli et al 2018), und dass S. aureus ein potenziell prädiktiver Marker für den Krankheitsverlauf von Neurodermitis verwendet werden kann.

 

Aus der Tatsache, dass die Menge an Material, die bei der Probennahme von verschiedenen Hautarealen relativ gering ist, ergeben sich methodische Fragestellungen, um eine möglichst hohe Datenqualität und Aussagekraft sicherzustellen. Deshalb beschäftigen wir uns intensiv mit der Optimierung von Probennahme, Verarbeitung und Auswertung speziell von Mikrobiom- und Metabolomproben (Afghani et al. 2021) der Haut. Das angestrebte Ziel ist es in Zusammenarbeit mit der Bioinformatik-Gruppe eine standardisierte Pipeline zu etablieren, um Biomarker zuverlässig identifizieren zu können (Reiger et al. 2020).

 

Zusätzlich führen wir in vitro Experimente mit bakteriellen Isolaten von unseren gesunden ProbandInnen und Neurodermitis PatientInnen durch. Auch hier fokussieren wir uns auf den Einfluss von verschiedenen Umwelteinflüssen wie pH und Sauerstoff auf die Bakterienisolate und interessieren uns in diesem Zusammenhang auch für die bakterielle Biofilmproduktion auf der Haut.

 

Wir möchten mit unseren Erkenntnissen tiefere Einblicke in das Mikrobiom und dessen Interaktion mit dem Menschen gewinnen und dieses Wissen anwenden, um neue Therapieansätze bei Neurodermitis zu etablieren.

Im Zuge der Pandemie beschäftigen wir uns mit dem Nachweis von Sars-CoV-2 in verschiedenen Patientenproben und unterstützen verschiedene Projekte auf diesem Gebiet.

 

 

 

Ausgewählte Literatur

Schwierzeck V.*, Huelpuesch C.*, Reiger M. (2022). Microbiome of Barrier Organs in Allergy: Who Runs the World? Germs! Handb Exp Pharmacol.

 

Huelpuesch C., Weins A.B., Traidl-Hoffmann C., Reiger M. (2021). A new era of atopic eczema research: Advances and highlights. Allergy.

 

Huelpuesch C., Reiger M. (2021). The skin microbiome – useful for diagnosis and therapy? Hautarzt

Afghani J., Huelpuesch C., Schmitt-Kopplin P., Traidl-Hoffmann C., Reiger M.*, Mueller C.* (2021). Enhanced Access to the Health-Related Skin Metabolome by Fast, Reproducible and Non-Invasive WET PREP Sampling. Metabolites.

 

Huelpuesch C.*, Tremmel K.*, Hammel G., Bhattacharyya M., De Tomassi A., Nussbaumer T., Kästle B., Neumann A.U.*, Reiger M.*, Traidl-Hoffmann C.* (2020). High baseline S. aureus and skin pH as predictors for increasing disease severity in AD. Allergy.

 

Reiger M., Traidl-Hoffmann C., Neumann A.U. (2020). The skin microbiome as a clinical biomarker in atopic eczema: Promises, navigation, and pitfalls. JACI

 

Altunbulakli C.*, Reiger M.*, Neumann A.U.*, Garzorz-Stark N., Fleming M., Huelpuesch C., Castro-Giner F., Eyerich K., Akdis C.A., Traidl-Hoffmann C. (2018). Relations between epidermal barrier dysregulation and Staphylococcus species–dominated microbiome dysbiosis in patients with atopic dermatitis. JACI.

 

Kooperationen

  • Christine Kühne - Center for Allergy Research and Education (CK-CARE)
  • Tom Clavel, PhD, Juniorgroup leader
  • Peter Bauer, Prof. Dr. med.

Beteiligte Teammitglieder

Jamie Afghani
Doktorandin Ph.D.
Umweltmedizin
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Amedeo De Tomassi
Biologisch-technischer Assistent
Umweltmedizin
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Lena Klepper
Biologielaborantin
Umweltmedizin
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