Verbund

PRIMAL - Rolle der Mikroflora bei der Entwicklung des Immunsystems am Lebensbeginn

Die bakterielle Besiedlung des Darms ist ein wichtiger Faktor für die Reifung und Aktivität des Immunsystems bei Neugeborenen. Eine frühe Störung der Darmbesiedlung kann die Immunabwehr schwächen, Körperfunktionen beeinträchtigen und mit langfristigen Gesundheitsproblemen einhergehen. Frühgeborene Babys sind besonders anfällig für eine Störung der frühen Darmbesiedlung, da sie häufig durch Geburt per Kaiserschnitt und der Medikation mit Antibiotika medizinisch notwendigen Behandlungen ausgesetzt sind. Um die gesunde Entwicklung der Darmflora bei Frühgeborenen zu unterstützen, ist es wichtig, die Wirkung schützender Behandlungsmöglichkeiten zu erforschen.

Ziel des Verbundes ist es, im Rahmen einer multizentrischen klinischen Studie den Einfluss von Probiotika auf die Darmflora von Frühgeborenen zu untersuchen. Probiotika sind Zubereitungen von natürlich vorkommenden Mikroorganismen. Sie ermöglichen eine physiologische Besiedlung des Darms oder können die Besiedlung des Darms nach Antibiotikatherapie wiederherstellen. In der Studie werden unter sehr kontrollierten Bedingungen sowohl kurzfristige als auch langfristige Wirkungen auf die gesundheitliche Entwicklung von Frühgeborenen bis zum Ende des ersten Lebensjahrs untersucht. Im Kontext der Studie soll so die Frage erforscht werden, welches Potential Probiotika besitzen, bei Frühgeborenen die gesunde Besiedlung der Darmflora sowie die Entwicklung des Immunsystems zu verbessern.

Wie im Falle der Immunsystementwicklung bei Frühgeborenen gibt es zu vielen Bereichen der Kinder- und Jugendgesundheit noch keine ausreichend wissenschaftlich abgesicherten, entwicklungsstufengerechten Präventions- und Therapieansätze. Auch liegen oft keine geeigneten Instrumente zur Diagnostik psychischer Störungen vor. Damit leistet der Verbund einen wichtigen Beitrag zu den Zielen der Fördermaßnahme „Forschungsverbünde zur Kinder- und Jugendgesundheit“ im Rahmen der Förderinitiative „Gesund – ein Leben lang“. Aus den gewonnenen Erkenntnissen können sich konkrete Diagnose- und Behandlungsempfehlungen oder auch Empfehlungen zur Durchführung weiterer Forschungsprojekte ergeben.

Teilprojekte

Metabolische Progammierung von Makrophagen und die Regulierung der antimikrobiellen Resistenz von neonatalen Mäusen (TP2, Verbundkoordination)

Förderkennzeichen: 01GL1746A
Gesamte Fördersumme: 350.208 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2021
Projektleitung: Prof. Phillipp Henneke
Adresse: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Medizinische Fakultät, Universitätsklinikum, Centrum für Chronische Immundefizienz (CCI)
Breisacher Str. 115
79106 Freiburg

Metabolische Progammierung von Makrophagen und die Regulierung der antimikrobiellen Resistenz von neonatalen Mäusen (TP2, Verbundkoordination)

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.

Klinische Studie über die Wirksamkeit von Probiotika zur Vermeidung einer ungünstigen Darmbesiedlung bei Frühgeborenen von 28+0 bis 32+6 Schwangerschaftswochen: eine randomisierte, Placebo-kontrollierte Doppelblindstudie (TP1)

Förderkennzeichen: 01GL1746B
Gesamte Fördersumme: 1.580.979 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2021
Projektleitung: Prof. Dr. Christoph Härtel
Adresse: Universität zu Lübeck, Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck, Klinik für Kinder- und Jugendmedizin
Ratzeburger Allee
23562 Lübeck

Klinische Studie über die Wirksamkeit von Probiotika zur Vermeidung einer ungünstigen Darmbesiedlung bei Frühgeborenen von 28+0 bis 32+6 Schwangerschaftswochen: eine randomisierte, Placebo-kontrollierte Doppelblindstudie (TP1)

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.

Diagnostisch-klinische Beurteilung des mikrobiellen Status der Darmflora bei Neugeborenen mittels Amplicon-Sequenzierung im Vergleich zur konventionellen Stuhldiagnostik (TP3A)

Förderkennzeichen: 01GL1746C
Gesamte Fördersumme: 468.627 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2021
Projektleitung: Prof. Dr. Stephan Gehring
Adresse: Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Zentrum für Kinder- und Jugendmedizin, Sektion Pädiatrische Infektiologie
Langenbeckstr. 1
55131 Mainz

Diagnostisch-klinische Beurteilung des mikrobiellen Status der Darmflora bei Neugeborenen mittels Amplicon-Sequenzierung im Vergleich zur konventionellen Stuhldiagnostik (TP3A)

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.

Einfluss von Reifealter und Mikrobiom auf die Impfantwort von Früh- und Reifgeborenen (TP5)

Förderkennzeichen: 01GL1746D
Gesamte Fördersumme: 329.550 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2021
Projektleitung: Univ.-Prof. Dr. Michael Zemlin
Adresse: Universität des Saarlandes, Universitätsklinikum des Saarlandes, Klinik für Allgemeine Pädiatrie und Neonatologie
Kirrberger Str. 100
66424 Homburg

Einfluss von Reifealter und Mikrobiom auf die Impfantwort von Früh- und Reifgeborenen (TP5)

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.

Pränatale mikrobielle Prägung der Rekrutierung fetaler neutrophiler Granulozyten (TP6)

Förderkennzeichen: 01GL1746E
Gesamte Fördersumme: 401.125 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2021
Projektleitung: Prof. Dr. David Frommhold
Adresse: Universitätsklinikum Heidelberg, Zentrum für Kinder- und Jugendmedizin, Klinik für Neonatologie
Im Neuenheimer Feld 430
69120 Heidelberg

Pränatale mikrobielle Prägung der Rekrutierung fetaler neutrophiler Granulozyten (TP6)

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.

Beitrag myeloider Suppressorzellen (MDSC) für die intestinale Inflammationsregulation und Mikrobiomentwicklung (TP7)

Förderkennzeichen: 01GL1746F
Gesamte Fördersumme: 226.981 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2021
Projektleitung: PD Dr. Christian Gille
Adresse: Eberhard-Karls-Universität Tübingen, Universitätsklinikum und Medizinische Fakultät, Kinder- und Jugendmedizin, Abt. Neonatologie
Calwerstr. 7
72076 Tübingen

Beitrag myeloider Suppressorzellen (MDSC) für die intestinale Inflammationsregulation und Mikrobiomentwicklung (TP7)

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.

Detaillierte Entschlüsselung des Erbgutes der mikrobiellen Flora im Darm von Neugeborenen, um den Effekt einer Probiotikaverabreichung zu untersuchen (TP3B)

Förderkennzeichen: 01GL1746G
Gesamte Fördersumme: 367.273 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2021
Projektleitung: Prof. Dr. Peer Bork
Adresse: Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL)
Meyerhofstr. 1
69117 Heidelberg

Detaillierte Entschlüsselung des Erbgutes der mikrobiellen Flora im Darm von Neugeborenen, um den Effekt einer Probiotikaverabreichung zu untersuchen (TP3B)

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.