Nachwuchsgruppe Hautmikrobiom
Die Nachwuchsgruppe „Hautmikrobiom“ hat Anfang des Jahres 2022 mit der Erforschung des Einflusses des Hautmikrobioms auf die potentielle Toxizität von Xenobiotika sowie möglichen Einflüssen auf den Menschen und die Entwicklung von Melanomen begonnen.
Als Mikrobiom wird die Gesamtheit aller Mikroorganismen, die einen Organismus besiedeln, verstanden. Studien zeigen, dass das Mikrobiom das Immunsystem, den Stoffwechsel, die Gefäßalterung und Hirnfunktionen sowie das Hormonsystem beeinflusst.
Die Stoffwechselvielfalt der Mikroben ist deutlich größer als die des Menschen und kann zur Modulation der Toxizität von Fremdstoffen führen. Die zu Grunde liegenden Mechanismen können eine bakteriell bedingte enzymatische Modifikation einer chemischen Verbindung oder auch eine Veränderung humaner Enzyme während des Stoffwechsels sein. Jedoch sind diese Mechanismen bisher kaum erforscht. Bislang konzentrieren sich die Untersuchungen dabei vor allem auf Darmbakterien, das Hautmikrobiom ist derzeit kaum verstanden.
Forschungsschwerpunkte
Am BfR wurde daher ein neuartiges Langzeit-Co-Kultursystem entwickelt, das es erstmals erlaubt, den mikrobiellen Einfluss auf die chemische Toxizität von Umweltchemikalien systematisch in situ zu untersuchen. Das System basiert auf humanen 3D-Hautmodellen, die stabil mit zwei Benzo[a]pyren (B[a]P)-abbauenden Organismen besiedelt werden konnten. Anhand dieser Modelle konnte gezeigt werden, dass die verwendeten Organismen einen signifikanten Einfluss auf die Toxizität von B[a]P für den Menschen haben.
Dieses System wird derzeit erweitert und optimiert, um anschließend verbraucherrelevante Substanzen wie z. B. Azofarbstoffe und Pflanzenschutzmittel (PSM) und ihren bakteriellen Abbau zu untersuchen. Studien mit Darmbakterien haben bereits gezeigt, dass diese z. T. die aktiven Wirkstoffe von PSM metabolisieren und dabei zu deren Toxifizierung oder Detoxifizierung beitragen können. Zudem kann es zu einer Dysbiose, d.h. zu einer krankhaften Störung der Hautbarriere sowie zu einer Veränderung der Zusammensetzung der Mikrobiota und ihrer Stoffwechselprodukte kommen. Eine Dysbiose kann zur Entstehung verschiedener Krankheiten wie Krebs, Autoimmunerkrankungen und Neurotoxizität beitragen. Diese bakteriellen Wechselwirkungen mit aktiven Wirkstoffen von PSM wurden im Zusammenhang mit Hautisolaten bisher noch nicht erforscht.
Der zweite Fokus der Nachwuchsgruppe betrachtet, welche Rolle das Hautmikrobiom bei der Tumorgenese von Melanomen spielt. Vorangegangene Studien legten einen Zusammenhang zwischen Melanomen und einer Dysbiose des Hautmikrobioms nahe. Bis heute ist ungeklärt, welche Mechanismen hierfür maßgeblich sind. Um das komplexe Zusammenspiel zwischen Melanom-Progression und Hautmikrobiom näher zu beleuchten, werden 3D-Melanomamodelle verwendet, die mit Hautkommensalen und Pathogenen besiedelt werden. Anschließend sollen molekulare Mechanismen analysiert werden, die zu einem besseren Verständnis der Entstehung und Progression von Melanomen beitragen sollen.
Methoden
Neben den Arbeiten mit 3D-Hautmodellen und bakteriellen Kulturen werden in der Nachwuchsgruppe modernste Methoden aus verschiedenen Disziplinen angewendet und entwickelt. Die Charakterisierung der kommensalen Bakterien erfolgt hierbei durch high-throughput-Sequenzierungstechnologien. Mit Hilfe analytischer Methoden wie GC-MS/MS oder LC-MS/MS werden bakterielle Metabolite der Testsubstanzen identifiziert sowie quantifiziert. Toxikologisch relevante Effekte auf die Haut werden mittels diverser immunologischer, kolorimetrischer und transkriptioneller Techniken sowie LC-hrMS/MS untersucht.
Publikationsliste