Integration von Metagenomik-, Metabolomik- und Strang-spezifischer Metatranskriptomik-Daten des Darmmikrobioms für eine frühzeitige Evaluierung des Therapieerfolgs bei Kindern mit entzündlichen Darmerkrankungen.

• Antragstellerin: Dr. Marie-Madlen Pust
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Medizininformatik und medizinische Bioinformatik ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530694780

Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (IBD) können den gesamten menschlichen Magen-Darm-Trakt oder Teile davon betreffen und werden durch komplexe Wechselwirkungen zwischen Wirts-, Mikroben- und Umweltfaktoren verursacht. Die Prävalenz und die globale Belastung durch IBD nehmen kontinuierlich zu und somit auch die Relevanz der Entwicklung neuer wissensbasierter Forschungsstrategien. Im Rahmen des Projekts wird die vielschichtige Komplexität der Erkrankung durch die Integration von longitudinalen Multi-Omics-Daten untersucht. Dazu gehören Metagenomik-, Strang-spezifische Metatranskriptomik- und Metabolomik-Daten, die aus den mikrobiellen Lebensgemeinschaften des Darms von gesunden Kindern und neu diagnostizierten Kindern mit IBD (n > 400) gewonnen wurden. Zusätzlich zu den taxonomischen Mustern, die die Entwicklung und das Fortschreiten der Krankheit beeinflussen und bereits untersucht wurden, wird somit die biologische Funktionalität der mikrobiellen Genregulation analysiert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Sense-Antisense-Transkription und der Metabolitenproduktion bei Krankheitsbeginn im Kindesalter und während des Abklingens der ersten akuten Entzündungsphase. Da ein dynamischer, heterogener Graph-Integrationsansatz mit der dynamischen, vielschichtigen Natur der Erkrankung übereinstimmt, wird eine neuronale Netzwerkarchitektur für die Graph-Klassifikation und Graph-Interpretation entwickelt, um wichtige globale oder lokale Strukturmerkmale innerhalb und zwischen den Omics-Schichten zu extrahieren. Das Ziel ist die Identifizierung krankheitsrelevanter, regulatorischer Signale im Darmmikrobiom und die Verknüpfung der Muster mit mikrobiellen Spezies sowie der Produktion und Sekretion von Metaboliten aus Stuhl- und Plasmaproben. Neben der Weiterentwicklung des Forschungsfeldes durch die Untersuchung des Darmmikrobioms aus einem bisher unerforschten Blickwinkel, werde ich von Fachexperten betreut, die zahlreiche Studien zur Charakterisierung des menschlichen Mikrobioms, der Immunfunktion, der Gewebebiologie und der Genetik von IBD-Patienten geleitet und in renommierten Fachzeitschriften publiziert haben. Ich werde an Ausbildungs- und Führungskursen der Harvard University, des MIT und des Broad Institute of MIT and Harvard teilnehmen, mit dem Ziel, meine Fähigkeiten für eine zukünftige Führungsposition im deutschen akademischen Forschungsumfeld weiterzuentwickeln. Das vorgeschlagene Projekt entspricht somit dem Ziel der DFG, grundlegende und wissensbasierte Forschungsstrategien zur Deckung des akuten Forschungsbedarfs zu fördern, sowie Forscherinnen und Forscher in der frühen Postdoc-Phase bei der Entwicklung ihres Kompetenzprofils zu unterstützen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Ramnik Xavier