14.12.2020 15:07 Alter: 190 days

Morbus Crohn mit maschinellem Lernen verstehen - Funktionierender Schwefelstoffwechsel für Morbus Crohn-Kranke äußerst wichtig

Kategorie: Forschung

Komplexe Netzwerke von Bakterien und Metaboliten - im biologischen Stoffwechsel (Metabolismus) umgesetzte Substanzen - stellen biochemische Fingerabdrücke der Interaktionen zwischen Wirt und Darmmikroben dar. Forscherinnen und Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben gezeigt, dass diese Interaktionen bei Morbus Crohn-Patientinnen und -Patienten fehlgeleitete Immunreaktionen auslösen und funktionelle Veränderungen des Darms während des Auftretens eines Krankheitsschubs bewirken.

Prof. Dirk Haller und Dr. Amira Metwaly erforschen die Krankheit Morbus Crohn (Foto: Andreas Heddergott / TUM)

Morbus Crohn ist ein chronisch entzündlicher Zustand des Darms, dessen Ursache noch unbekannt ist. Die pharmakologische Behandlung der Krankheit beruht auf der Unterdrückung des Immunsystems durch unspezifische Medikamente und der Blockade von Entzündungsprozessen durch biologische Therapie.

Frühere Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass bestimmte Mikrobiom-Signaturen – also die Merkmale der Gesamtheit aller Mikroorganismen, die den menschlichen Darm besiedeln - mit Morbus Crohn verknüpft sind. Nun erforschten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TUM, wie Veränderungen in der Struktur und Funktion von Darmmikroorganismen mit dem Krankheitsverlauf von Morbus Crohn und dem Risiko eines Rückfalls bei schwerer Erkrankung zusammenhängen.

Studie zur Charakterisierung des Mikrobioms Morbus Crohn-Kranker

Ziel der Forschenden war die Charakterisierung des Mikrobioms im Rahmen einer Kohorten-Studie mit Morbus Crohn-Patientinnen und -Patienten, die sich einer Stammzellen-Therapie unterziehen. Diese bewirkt ein vorübergehendes Nachlassen von Krankheitssymptomen, wobei ein Teil dieser Patientinnen und Patienten im Laufe der Zeit einen Rückfall erleidet.

Die Rolle mikrobieller Veränderungen für den Krankheitsverlauf und die therapeutische Relevanz bei refraktärer also wiederkehrender und nicht beeinflussbarer Erkrankung mit Morbus Crohn nach einer Eigen-Stammzelltransplantation stand im Mittelpunkt ihrer Untersuchung.

Morbus Crohn besser verstehen

"Wir haben funktionelle Fingerabdrücke identifiziert, die mit therapeutischem Versagen oder Erfolg während des Krankheitsverlaufs verknüpft sind. Damit verstehen wir nun besser, welchen Anteil ein Ungleichgewicht der Darmflora an einer schweren Morbus Crohn-Pathologie hat", sagte Dirk Haller, Professor für Ernährung und Immunologie an der TUM, Direktor des ZIEL – Institute for Food and Health. "Die Identifizierung mikrobieller Metaboliten könnte ein Ansatz sein, um potenzielle therapeutische Ziele zu finden", fügte er hinzu.

"Unsere Daten zeigen, dass zeitliche Fluktuationen in den Profilen der Darmmikrobiota und Metaboliten die patientenbezogenen Unterschiede in der Krankheitsaktivität widerspiegeln. Mit Hilfe von maschinellen Lernalgorithmen konnten wir im Mausmodell mit hoher Genauigkeit nach der Schwere der Entzündungen klassifizieren", sagte Amira Metwaly, Postdoktorandin an der Technischen Universität München und Erstautorin der Studie.

Das Forschungsteam identifizierte damit nicht nur ein Netzwerk von miteinander in Zusammenhang stehenden Bakterien und Metaboliten, die eine Vorhersage des klinischen Ergebnisses einer Morbus Crohn-Therapie verbessern können. Es fand zudem eine für den Krankheitsausgang relevante Signatur, die den Schwefelstoffwechsel und die Entgiftungsaktivität des Körpers einschließt.


Publikation:
Amira Metwaly, Andreas Dunkel, Nadine Waldschmitt, Abilash Chakravarthy Durai Raj, Ilias Lagkouvardos, Ana Maria Corraliza, Aida Mayorgas, Margarita Martinez-Medina, Sinah Reiter, Michael Schloter, Thomas Hofmann, Matthieu Allez, Julian Panes, Azucena Salas and Dirk Haller: Integrated microbiota and metabolite profiles link Crohn’s disease to sulfur metabolism. Nature Communications. Link: https://www.nature.com/articles/s41467-020-17956-1

Mehr Informationen:
Die Studie, an der Mitarbeiter aus der klinischen Forschung beteiligt waren, wurde 2015 gestartet und durch das IBD-Programm des Helmsley Charitable Trust finanziert.

In dieser Studie verfolgten die Forscherinnen und Forscher 29 Morbus-Crohn-Patienten bis zu 5 Jahre nach der Transplantation von Blutstammzellen. Stuhlproben wurden sowohl zu Studienbeginn als auch alle 6 Monate nach der Transplantation entnommen. Weitergehende Untersuchungen wurden am Mausmodell durchgeführt.

Die Ergebnisse dieser Studie sind für die weitere Arbeit in den Sonderforschungsbereichen (https://www.dfg.de/en/research_funding/programmes/coordinated_programmes/collaborative_research_centres/index.html) von "Mikrobiome Signatures" (https://www.sfb1371.tum.de/) von besonderer Bedeutung, da Kohortenstudien wertvolle Möglichkeiten zum Vergleich von Daten gesunder und kranker Probanden bieten, insbesondere im Rahmen von klinischen Studien.

Redaktion:
Dr. Katharina Baumeister-Krojer
Corporate Communications Center, TU München
E-Mail: katharina.baumeister[at]tum.de
Tel.: 08161 71 5403

Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Dr. Dirk Haller
Lehrstuhl für Ernährung und Immunologie
ZIEL – Institute for Food & Health
E-Mail: Dirk.Haller[at]tum.de
Tel.: +49 8161 71 2026