Frühkindliche Asthmaprägung
Wir haben uns zum Ziel gesetzt, umweltinduzierte Entwicklungsursprünge chronischer Lungenerkrankungen besser zu verstehen, um daraus innovative Strategien zur primären Prävention und/oder Therapie dieser Erkrankungen abzuleiten. Zur mechanistischen Aufklärung der frühen Krankheitsprägung nutzen wir alters- und generationsübergreifende Tiermodelle. Diese dienen ferner dazu, präsymptomatische Interventionsstrategien mit Hilfe mikrobieller Faktoren zu entwickeln.
Frühe Asthmaprägung - von der Präkonzeption bis zur Pubertät (CONTROL)
Um die Mechanismen, die der frühen Asthmaprägung zugrunde liegen, aufzuklären bearbeiten wir folgende Fragestellungen:
- Wie beeinflusst mildes Rauchen in der Schwangerschaft die Immunentwicklung der Nachkommen?
Epidemiologische Studien haben umfassend belegt, dass Zigarettenkonsum während der Schwangerschaft das Risiko der Nachkommen an Asthma zu erkranken erhöht. Die Prävalenz von Rauchen während der Schwangerschaft ist trotz intensiver Aufklärungskampagnen und Rauchverboten in öffentlichen Räumen weiter hoch.
Starkes Rauchen in der Schwangerschaft führt häufig zu erniedrigtem Geburtsgewicht, das seinerseits einen unabhängigen Risikofaktor für späteres Asthma darstellt. Wir vermuten, dass mildes Rauchen epidemiologisch unzureichend erfasst ist und daher die Konsequenzen für die Nachkommen ungeklärt sind.
Wir untersuchen daher im Tiermodell, wie mildes Rauchen während der Schwangerschaft trotz normalem Geburtsgewicht das Immunsystem von Nachkommen nachhaltig beeinflusst und somit/dadurch das/ob dadurch das Krankheitsrisiko für Lungenerkrankungen erhöht.
Die Ergebnisse sind u.a. wesentlich für die Beantwortung der Frage, ob Rauch-Entwöhnungsprogramme sich auf schwere Raucherinnen konzentrieren oder auf alle Raucherinnen ausgedehnt werden sollten.
- Welchen Einfluss hat “Vapouring“ in der Schwangerschaft auf die Entwicklung der Nachkommen?
E-Zigaretten werden im Vergleich zu konventionellen Zigaretten häufig als gesündere Alternative des Tabakkonsums angepriesen und wahrgenommen und daher derzeit in der Schwangerschaft ebenso häufig genutzt wie konventionelle Zigaretten. Die Auswirkungen mütterlichen E-Zigarettenkonsums auf die Nachkommen sind unbekannt.
In einem Transgenerationsmodell der Drosophila untersuchen wir deshalb den Einfluss von e-Nicotin auf die Atemwegs-Entwicklung der Nachkommen.
- Beeinflusst väterliches Rauchen in der Adoleszenz die Lungengesundheit der späteren Nachkommen?
Eine aktuelle multizentrische Studie zeigte, dass das Rauchen von Vätern, insbesondere während ihrer eignen Pubertät, mit nicht-allergischem Asthma in deren Nachkommen assoziiert ist. Es wird vermutet, dass übertragbare epigenetische Veränderungen in den Spermatogonien, die während der Pubertät entstehen, festgeschrieben werden. Diese Hypothese überprüfen wir derzeit in einem Mausmodell adoleszenten Rauchens und kollaborieren hierbei eng mit der Universität Bergen, Norwegen ( Multizentrische RHINESSA-Studie, PI C. Svanes).
An den gennannten Projekten I -III arbeiten Natalia El-Merhie (PostDoc) und Barbara Hammer.
In einem weiteren Projekt untersucht Gregor Jatzlauk den Einfluss frühkindlicher Antibiotikagabe auf pulmonale Immunantworten und das Lungen- und Darmmikrobiom.
Das Lungenmikrobiom als Zielorgan für Prävention und Therapie (CONTROL & CARE)
Kommensale Bakterien bilden eine Schicht zwischen dem respiratorischen Epithel und der äußeren Umgebung und spielen für die Aufrechterhaltung der Lungengesundheit eine wichtige Rolle. Gemeinsam mit Partnern (Leibnizwettbewerb 2016; TU München; DSMZ; IPHT) untersuchen wir den Einfluss von Zigarettenrauch als häufigem Umweltstressor und Proxy für aerogene Schadstoffe auf die Diversität, Dynamik und Funktionen des humanen und murine Lungenmikrobioms. Weiter untersuchen wir die Interaktion einzelner Spezies („Mock-community“) mit dem Lungenepithel (siehe auch Draginja Kovacevic)
Innerhalb des Leibniz Wissenschaftscampus EvoLUNG gehen wir der Frage nach, wie weit das Lungenmikrobiom unabhängig von der Wirtsgenetik zur Asthmaentstehung und Ausprägung unterschiedlicher Asthmaphänotypen beiträgt (siehe auch Joni Lund).
Identifikation von Biomarkern für Krankheitsexazerbationen (COPD) (CARE)
Im Rahmen des BMBF Verbundprojekts „EXASENS“ „POC-Sensorplattform für chronisch-entzündliche Atemwegserkrankungen“ arbeiten wir in einem Teilprojekt an der Identifikation potentieller Biomarker für die frühzeitige Erkennung von Exazerbationen im Krankheitsverlauf der COPD (siehe auch Drittmittel und Martin Wolff)
EUROPÄISCHE UNION
- Cooperation in Science and Technology(COST) Action BM101 „Developmental Origins of Chronic lung Disease“
MC Chair, S. Krauss-Etschmann (FZB, DE) ; MC Vice Chair, Prof. John W : Holloway,Univ. of Southampton, UK); http://www.cost-early-origin-cld.eu/
Deutsche Forschungsgemeinschaft
- Exzellenz Cluster: 2019 - 2025 "Precision Medicine in Chronic Infammation (PMI)"; Subproject CD-2 Tryptophan Metabolism and Inflammation
- „The role of tobacco smoke-induced changes of the microbiome in shaping risk for IBD“, 2020-2023
Bundesministerium für Bildung und Forschung
- Deutsches Zentrum für Lungenforschung (DZL), Research Center North (ARCN)
- Disease Area Asthma/Allergy (PI S. Krauss-Etschmann)
- Disease Area COPD (PI: S.Krauss-Etschmann)
Leibniz-Verbünde
- Wissenschaftscampus „Evolutionary Medcine of the Lung“, Partner: Christian-Albrechts Universität Kiel, MPI Plön; 2020-2024
- Leibniz Wettbewerb 2016 “The lung microbiota at the interface between airway epithelium and environment” . Projektkoordination: S: Krauss-Etschmann, FZB
Kooperationspartner
- Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Prof. J. Overmann
- EXASENS – „POC-Sensorplattform für chronisch-entzündliche Atemwegserkrankungen“ Verbundvorhaben in Kooperation mit acht Leibniz-Instituten; Sprecher: Prof. Jürgen Popp (IPHT, Jena)
- Teilvorhaben, FKZ 13N13857, FZB „Vor-Ort-basierte Exazerbations-Diagnostik bei Asthma & COPD: Proben, Modelle, Analyten & Fängersysteme“ (photonikforschung.de) Koordination: Prof. Heinz Fehrenbach
- Leibniz Institut für photonische Technologien e. V (IPHT), Jena, Prof. J. Popp
DAAD
- Kooperationsprojekt Serbien „Zebrafish as a model for asthma research – role of Wnt signalling in response to cigarette smoke“. Laufzeit: bis Ende 2020
FRIPRO Toppforsk
- „Oral and Environmental Microbiota, Endotoxin and Lung health: The ‘United Airways’ concept extended“, PI Randi J. Bertelsen; University of Bergen, Norway WP3. Laufzeit: bis Ende 2021
- „Preconception exposures and related epigenetic mechanisms in asthma and allergies“. PI Cecilie Svanes; University of Bergen, Norway, Subproject“ Preconception smoking exposure in male mice and offspring outcomes“.
Standard Techniken der Molekularbiologie (qRT-PCR, Western Blot, FACS, Zellkultur, Histologie etc) sind nicht detailliert aufgeführt.
Spezielle Methoden
- Tiermodelle
- Exposition von Mäusen mit Zigarettenrauch (Modelle für aktives und passives Rauchen)
- Modelle für allergische Atemwegsinflammation (experimentelles Asthma): akut/chronisch mit Ovalbumin (OVA) oder Hausstaubmilbe (HDM)
- Transgenerationenmodelle (in utero Rauchexposition)
- Modelle enthalten eine Online-Überwachung der totalen Partikelzahl und eine detaillierte phänotypische und molekulare Charakterisierung der Mütter und ihrer Nachkommen (Cotinin-Level, CO-Hb, invasive Lungenfunktionsmessung, molekulare Netzwerke und Immunologie; Ausmaß experimentell induzierten Asthmas)
- MicroRNA Profile in Serum und Gewebe
- Air-Liquid-Interface Kultur von primären, normalen Bronchialepithelzellen (NHBE; Lonza) mit Induktion von Asthma-ähnlichem Phänotyp
- Isolation und funktionelle Charakterisierung von Exosomen
2024
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2023
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Chen, J, Wang, X, Schmalen, A, Haines, S, Wolff, M, Ma, H, Zhang, H, Stoleriu, MG, Nowak, J, Nakayama, M, Bueno, M, Brands, J, Mora, AL, Lee, JS, Krauss-Etschmann, S, Dmitrieva, A, Frankenberger, M, Hofer, TP, Noessner, E, Moosmann, A, Behr, J, Milger, K, Deeg, CA, Staab-Weijnitz, CA, Hauck, SM, Adler, H, Goldmann, T, Gaede, KI, Behrends, J, Kammerl, IE & Meiners, S 2023, 'Antiviral CD8+ T cell immune responses are impaired by cigarette smoke and in COPD', The European respiratory journal, Jg. 62, Nr. 2, 2201374. https://doi.org/10.1183/13993003.01374-2022
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von Bülow, V, Gindner, S, Baier, A, Hehr, L, Buss, N, Russ, L, Wrobel, S, Wirth, V, Tabatabai, K, Quack, T, Haeberlein, S, Kadesch, P, Gerbig, S, Wiedemann, KR, Spengler, B, Mehl, A, Morlock, G, Schramm, G, Pons-Kühnemann, J, Falcone, FH, Wilson, RA, Bankov, K, Wild, P, Grevelding, CG, Roeb, E & Roderfeld, M 2023, 'Metabolic reprogramming of hepatocytes by Schistosoma mansoni eggs', JHEP reports : innovation in hepatology, Jg. 5, Nr. 2, S. 100625. https://doi.org/10.1016/j.jhepr.2022.100625
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Olmo, R, Wetzels, SU, Armanhi, JSL, Arruda, P, Berg, G, Cernava, T, Cotter, PD, Araujo, SC, de Souza, RSC, Ferrocino, I, Frisvad, JC, Georgalaki, M, Hansen, HH, Kazou, M, Kiran, GS, Kostic, T, Krauss-Etschmann, S, Kriaa, A, Lange, L, Maguin, E, Mitter, B, Nielsen, MO, Olivares, M, Quijada, NM, Romaní-Pérez, M, Sanz, Y, Schloter, M, Schmitt-Kopplin, P, Seaton, SC, Selvin, J, Sessitsch, A, Wang, M, Zwirzitz, B, Selberherr, E & Wagner, M 2022, 'Microbiome Research as an Effective Driver of Success Stories in Agrifood Systems - A Selection of Case Studies', Frontiers in Microbiology, Jg. 13, S. 834622. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.834622
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Sirocko, K-T, Angstmann, H, Papenmeier, S, Wagner, C, Spohn, M, Indenbirken, D, Ehrhardt, B, Kovacevic, D, Hammer, B, Svanes, C, Rabe, KF, Roeder, T, Uliczka, K & Krauss-Etschmann, S 2022, 'Early-life exposure to tobacco smoke alters airway signaling pathways and later mortality in D. melanogaster', Environmental pollution (Barking, Essex : 1987), Jg. 309, S. 119696. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119696
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Leitung der Forschungsgruppe
Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen
Technische Mitarbeiter:innen
Alumni
- Dr. Hanna Angstmann
- Dr. rer nat. Sabine Bartel
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- Dr. Natalia El-Merhie
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- Dr. Petra Nathan
- Dr. Karolina-Theresa Sirocko
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- Dr. Martin Wolff