Ziel des Vorhabens "Metabolische Programmierung von Makrophagen und die Regulierung der antimikrobiellen Resistenz von ne-onatalen Mäusen (TP2, Verbundkoordination" ist es, durch Kombination von innovativen transgenen Mäusen mit metabolischer Analysen die Auswirkungen von Maßnahmen, die das Mikrobiom modulieren, auf die Immunität des Darms zu untersuchen. Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel beeinflussten die Makrophagen (Mc)-Aktivierung. Gesteigerte Glykolyse charakterisiert entzündliche Mc und Fettsäureoxidierung regulatorische Mc. Weiterhin fördern Normoxie und bakterielle Metaboliten die oxidative Phosphorylierung, und Hypoxie und Lipopolysaccharid die Glykolyse. Am Lebensbeginn beeinflussen die postnatale Normoxie, die bakterielle Kolonisierung, die Einwanderung von Monozyten und Nahrungsfettsäuren die zelluläre Immunität. Im Vorhaben soll erforscht werden, ob Anti- und Probiotika 1) die Entwicklung von LP-Mc, 2) den Immunometabolism in Mc, und 3) die Entstehung einer Streptokokken-Meningitis aus intestinaler Besiedlung beeinflussen.

Ziel des Projektes PRIMAL ("Prägung der Immunität am Lebensbeginn") – Klinische Studie ist die Untersuchung des Wechselspiels zwischen Immunabwehr und Etablierung der Darmbesiedlung (Mikrobiom) bei kleinen Frühgeborenen, die zwischen der 28. und 33. Schwangerschaftswoche geboren wurden, im Rahmen einer randomisierten, Placebo kontrollierten Studie zur Wirksamkeit von Probiotika. In den letzten Jahren hat sich herausgestellt, dass die Besiedlung des Darms mit Trillionen von Bakterien ("Mikrobiom") ein wichtiger Faktor für die Gesundheit des Menschen sein kann. Gleichsam kann eine frühe Störung der Darmbesiedlung (Dysbiose) Körperfunktionen beeinträchtigen und mit langfristigen Gesundheitsproblemen vergesellschaftet sein. Frühgeborene sind besonders anfällig für eine Störung der frühen Darmbesiedlung, die häufig mit medizinisch notwendigen Maßnahmen (z. B. Geburt per Kaiserschnitt, Antibiotika) einhergeht. Deshalb ist es so wichtig, Möglichkeiten zur Vermeidung einer gestörten Besiedlung des Darmes zu erforschen. Eine solche schützende Behandlung könnte der Einsatz von Probiotika als Nahrungsergänzungsmittel sein. Probiotika sind Zubereitungen von natürlich vorkommenden Mikroorganismen (z. B. ein Mix aus Milchsäurebakterien und Bifidusbakterien), die z. B. in großer Menge in Muttermilch zu finden sind. Probiotika werden eingesetzt, um eine physiologische Besiedlung des Darmes zu ermöglichen oder die Besiedlung des Darms nach Antibiotikatherapie wiederherzustellen. Unsere Studie prüft die Effekte von Probiotika. Die klinische Studie ist Teil des PRIMAL Consortiums, das fünf weitere Projekte zur Entwicklung der Immun-Mikrobiom-Interaktion integriert und langfristig schützende und schädigende Komponenten dieses Wechselspiels identifizieren soll.

In den ersten Lebenstagen entwickelt sich die Darmflora und das Immunsystem in einer komplexen, aktuell noch wenig verstandenen Weise. Verschiedenste Einflüsse, wie chirurgische Eingriffe, Babynahrung oder Antibiotika, können in die normale Darmkolonisierung eingreifen. Bei Frühgeborenen (VPI; very preterm neonate) können diese Effekte noch tiefgreifender ausfallen, zumal sie zusätzlich der Situation in einer Neugeborenenintensivstation ausgesetzt sind. Aktuell konnte nicht eindeutig belegt werden, dass die Gabe von Probiotika kurz- oder langfristig als Unterstützung der Entwicklung einer normalen Darmflora genutzt werden kann. In diesem Projekt sollen die Auswirkungen von Antibiotika auf die Darmflora in frühgeborenen Neugeborenen durch die Verabreichung von probiotischen Bakterienstämmen reduziert werden. Dies wird untersucht durch, a) ein vergleichende Mikrobiomanalyse mittels 'deep metagenomic sequencing', wodurch Aufschluss über die Details der Specieszusammensetzung in Relation zu Therapie und Probiotika-Gabe erwartet wird, dies jedoch nur für ein Teilkollektiv, und b) eine 16S-rRNA-Sequenzierung von Stuhlproben aller Studien-Teilnehmer, um einen Zusammenhang klinischer Parameter mit mikrobiellen Besiedelungsmustern darzustellen. Diese Studie wird integriert in die bundesweit durchgeführte, doppelt-geblindete, kontrollierte klinische Studie PRIMAL eingebettet. Einschlusskriterien werden Frühgeburtlichkeit (Gestationsalter 28 - 32+6 Wochen), ausschließlich Kinder mit Kaiserschnittgeburt und die Verfügbarkeit einer Stuhlprobe von der Mutter sein. Die Probenbearbeitung, die Analyse und Interpretation wird in enger Zusammenarbeit zwischen der UMM und dem EMBL durchgeführt.

Impfungen stellen – ähnlich wie Infektionen – einen starken immunologischen Stimulus dar, der sowohl eine unspezifische akute als auch eine spezifische langanhaltende Immunmodulation hervorrufen kann. Frühgeborene reagieren auf Impfungen mit einer protektiven aber im Vergleich zu Reifgeborenen quantitativ und qualitativ verminderten Antikörperantwort. Auf molekularer Ebene wurde bisher diese Impfantwort beim Frühgeborenen noch nicht untersucht. Zudem unterliegen Frühgeborene einer vorzeitigen Exposition gegenüber starken Antigen Stimuli wie Mikrobiom, Nahrung und Antibiotika, die die Impfantwort beeinflussen können. In diesem Projekt wird die aktue (unspezifische) und langanhaltende (adaptive) Immunantwort auf Impfungen bei Frühgeborenen der PRIMAL-Kohorte untersucht, die hinsichtlich der Gabe von Probiotika oder Placebo randomisiert werden. Mit diesem Projekt soll die akute und lang-anhaltende Immunmodulation durch Impfungen besser verstanden werden und der mögliche Einfluss von Probiotika auf die Impfantwort charakterisiert werden.

Das Vorhaben basiert auf der Hypothese, dass eine frühe Fehlbesiedelung mit Bakterien die Entwicklung wichtiger Funktionen von Abwehrzellen am Lebensanfang stört, was wiederum zur langfristigen Beeinträchtigung der Gesundheit Frühgeborener führen kann. Im Fokus steht dabei das Wanderungsverhalten weisser Blutkörperchen,sogenannter neutrophiler Granulozyten, welche für die Abwehr von Infektionserregern erforderlich sind. Im Besonderen soll untersucht werden: das Wanderungsverhalten neutrophiler Granulozyten in Mausfeten nach vorgeburtlicher Anti/Probiotikagabe; Auswirkungen dieser vorgeburtlichen Anti-/Probiotikaverabreichung auf die Rate von Frühgeburten und auf das kindliches Überleben in einem Mausmodell für Infektionen der Fruchthöhle; das Wanderungsverhalten neutrophiler Granulozyten in Abhängigkeit von der Gabe von Pro- und Antibiotika im Neugeborenenalter, eingebettet in die klinische PRIMAL Studie an frühgeborenen Patienten (von Geburt mit 28 bis 33 Schwangerschaftswochen bis zum ersten Lebensjahr); zugrundeliegende Mechanismen der mikrobiellen Einflüsse auf die Funktion neutrophiler Granulozyten im Menschen und in der Maus. Die Ergebnisse des Projektes sollen zum besseren Verständnis der pränatalen Prägung des Immunsystems beitragen und die Entwicklung neuer Behandlungsformen zur Stärkung der körpereigenen zellulären Abwehr in der frühen Kindheit ermöglichen.

Das intestinale Mikrobiom ist entscheidend für Gesunderhaltung und bei der Entstehung von Krankheiten. Veränderungen im intestinalen Mikrobiom, die sog. Dysbiose, prädisponiert für eine Vielzahl von Erkrankungen. Das intestinale Mikrobiom entwickelt sich direkt nach der Geburt. Die Regulation von Inflammationsprozessen während der Darmbesiedlung im Neugeborenenalter ist bisher unbekannt. Ziel dieses Teilprojekts ist es, die Rolle Myeloider Suppressorzellen (MDSC) für die Kontrolle der intestinalen Inflammation während der Mikrobiometablierung zu untersuchen. In einem neonatalen Mausmodell sollen 1) intestinale MDSC quantifiziert werden, 2) die Mikrobiom-assoziierte Inflammationsreaktion in Anwesenheit und beim fehlen intestinaler MDSC bestimmt werden, 3) die Mikrobiom-Zusammensetzung und die Entwicklung von Dysbiose Inflammationsreaktion in Anwesenheit und beim fehlen intestinaler MDSC bestimmt werden und 4) der Einfluss von Antibiotika und Probiotika auf intestinale MDSC untersucht werden. Außerdem soll 5) die MDSC Zahl in der PRIMAL-Studienkohorte quantifiziert werden und mit dem Auftreten von Dysbiose verglichen werden. Das Projekt gibt Aufschluss über mögliche Mechanismen der intestinalen Inflammationsregulation und der Entstehung einer Dysbiose am Anfang des Lebens. Die Ergebnisse könnten Basis Zell-basierter Ansätze zur Entzündungsregulation und Verhinderung von Dysbiose sein.

In den ersten Lebenstagen entwickelt sich die Darmflora und das Immunsystem in einer komplexen, aktuell noch wenig verstandenen Weise. Verschiedenste Einflüsse, wie chirurgische Eingriffe, Babynahrung oder Antibiotika, können in die normale Darmkolonisierung eingreifen. Bei Frühgeborenen (VPI; very preterm neonate) können diese Effekte noch tiefgreifender ausfallen, zumal sie zusätzlich der Situation in einer Neugeborenenintensivstation ausgesetzt sind. Aktuell konnte nicht eindeutig belegt werden, dass die Gabe von Probiotika kurz- oder langfristig als Unterstützung der Entwicklung einer normalen Darmflora genutzt werden kann. In diesem Projekt sollen die Auswirkungen von Antibiotika auf die Darmflora in frühgeborenen Neugeborenen durch die Verabreichung von probiotischen Bakterienstämmen reduziert werden. Dies wird untersucht durch, a) ein vergleichende Mikrobiomanalyse mittels 'deep metagenomic sequencing', wodurch Aufschluss über die Details der Specieszusammensetzung in Relation zu Therapie und Probiotika-Gabe erwartet wird, dies jedoch nur für ein Teilkollektiv, und b) eine 16S-rRNA-Sequenzierung von Stuhlproben aller Studien-Teilnehmer, um einen Zusammenhang klinischer Parameter mit mikrobiellen Besiedelungsmustern darzustellen. Diese Studie wird integriert in die bundesweit durchgeführte, doppelt-geblindete, kontrollierte klinische Studie PRIMAL eingebettet. Einschlusskriterien werden Frühgeburtlichkeit (Gestationsalter 28 - 32+6 Wochen), ausschließlich Kinder mit Kaiserschnittgeburt und die Verfügbarkeit einer Stuhlprobe von der Mutter sein. Die Probenbearbeitung, die Analyse und Interpretation wird in enger Zusammenarbeit zwischen der UMM und dem EMBL durchgeführt.