Early Life Origins of CLD
Main Emphasis
We aim to understand how prenatal and early life environmental exposures affect normal lung and immune development thereby modifying the risk to develop asthma and COPD in later life. A better understanding of the underlying mechanisms holds the potential to develop novel preventative and/or therapeutic strategies for these diseases.
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)
European Union
- Cooperation in Science and Technology (COST) Action BM101 "Developmental Origins of Chronic lung Disease", Chair, Prof Susanne Krauss-Etschmann (FZB, DE); Vice Chair, Prof John W. HOLLOWAY (Univ. of Southampton, UK)
Deutsche Forschungsgemeinschaft
- Exzellence 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
Federal Ministry of Education and Science
- Member of the German Center for Lung Research (DZL), Research Center North (ARCN)
- Disease Area Asthma/Allergy (PI S. Krauss-Etschmann)
- Disease Area COPD (PI: S.Krauss-Etschmann)
- Science Campus „Evolutionary Medcine of the Lung“, Partner: Christian-Albrechts Universität Kiel, MPI Plön; 2020-2024
Leibniz Association
National and International Networking; Project title: “The lung microbiota at the interface between airway epithelium and environment”
- Coordinator: S: Krauss-Etschmann, Forschungszentrum Borstel
- Partners:
- Leibniz Institute DSMZ-German Collection of Mikroorganisms and cell cultures, Braunschweig
- Leibniz Institute of Photonic Technology (IPHT), Jena
- Technical University of Munich, c/o Helmholtz Zentrum München
- Leibniz Research Alliance EXASENS – „POC-Sensor Platform for chronic-inflammatory Airway Diseases“ in cooperation with additional 8 Leibniz-Institutes; Spokesman: Prof. Jürgen Popp (IPHT, Jena)
- Subproject, FKZ 13N13857, FZB „On-site exacerbation diagnostics in asthma & COPD: probes, models, analytes and capture systems“
DAAD
- Cooperation with Serbia „Zebrafish as a model for asthma research – role of Wnt signalling in response to cigarette smoke“. Until 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. Until 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 molecular and cellular methods are not detailed here (qPCR, Western blotting, flow cytometry, cell culture, histology etc)
Special techniques
- Animal models
- A: Exposure to cigarette smoke, mimicking active or passive smoking
- B: Asthma models acute/chronic using HDM/ovalbumin
- C: Transgenerational animal models: in utero smoking
- A and B include online monitoring of total particulate matter and detailed phenotypic and molecular characterization of mothers and offspring (cotinine levels, CO-Hb, invasive lung function testing, molecular networks and immunology, propensity to asthma development in offfspring )
- MicroRNA profiling in sera and tissues
- Air liquid interface culture of human bronchial cells with induction of asthma-like phenotype
- Isolation and functional characterization of Exosomes
2024
Almeida, L, van Roey, R, Patente, TA, Otto, F, Veldhuizen, T, Ghorasaini, M, van Diepen, A, Schramm, G, Liu, J & Idborg, H et al. 2024, 'High-mannose glycans from Schistosoma mansoni eggs are important for priming of Th2 responses via Dectin-2 and prostaglandin E2', FRONTIERS IN IMMUNOLOGY, Jg. 15, S. 1372927. https://doi.org/10.3389/fimmu.2024.1372927
2023
Angstmann, H, Pfeiffer, S, Kublik, S, Ehrhardt, B, Uliczka, K, Rabe, KF, Roeder, T, Wagner, C, Schloter, M & Krauss-Etschmann, S 2023, 'The microbial composition of larval airways from Drosophila melanogaster differ between specimens from laboratory and natural habitats', Environmental microbiome, Jg. 18, Nr. 1, S. 55. https://doi.org/10.1186/s40793-023-00506-9
Bossen, J, Prange, R, Kühle, J-P, Künzel, S, Niu, X, Hammel, JU, Krieger, L, Knop, M, Ehrhardt, B, Uliczka, K, Krauss-Etschmann, S & Roeder, T 2023, 'Adult and Larval Tracheal Systems Exhibit Different Molecular Architectures in Drosophila', INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES , Jg. 24, Nr. 6, 5628. https://doi.org/10.3390/ijms24065628
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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Svanes, C, Holloway, JW & Krauss-Etschmann, S 2023, 'Preconception origins of asthma, allergies and lung function: The influence of previous generations on the respiratory health of our children', JOURNAL OF INTERNAL MEDICINE , Jg. 293, Nr. 5, S. 531-549. https://doi.org/10.1111/joim.13611
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
2022
Boateng, E, Kovacevic, D, Oldenburg, V, Rådinger, M & Krauss-Etschmann, S 2022, 'Role of airway epithelial cell miRNAs in asthma', Frontiers of Allergy, Jg. 3, S. 962693. https://doi.org/10.3389/falgy.2022.962693
Dehmel, S, Weiss, KJ, El-Merhie, N, Callegari, J, Konrad, B, Mutze, K, Eickelberg, O, Königshoff, M & Krauss-Etschmann, S 2022, 'microRNA Expression Profile of Purified Alveolar Epithelial Type II Cells', Genes, Jg. 13, Nr. 8, 1420. https://doi.org/10.3390/genes13081420
Ehrhardt, B, Krauss-Etschmann, S, Schramm, J, Kovacevic, D, El-Merhie, N, Roeder, T & Bossen, J 2022, 'Airway remodeling: The Drosophila model permits a purely epithelial perspective', Frontiers in Allergy, Jg. 3, S. 876673. https://doi.org/10.3389/falgy.2022.876673
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
Pfeiffer, S, Jatzlauk, G, Lund, JV, Boateng, E, Kovacevic, D, N Hylkema, M, Bartel, S, Schloter, M & Krauss-Etschmann, S 2022, 'Oral application of vancomycin alters murine lung microbiome and pulmonary immune responses', Immunity, inflammation and disease, Jg. 10, Nr. 8, S. e675. https://doi.org/10.1002/iid3.675
Shin, H, Morty, RE, Sucre, JM, Negretti, NM, Markmann, M, Hossain, H, Krauss-Etschmann, S, Dehmel, S & Hilgendorff, A 2022, 'Reference genes for the developing mouse lung under consideration of biological, technical and experimental confounders', Scientific Reports, Jg. 12, Nr. 1, S. 17679. https://doi.org/10.1038/s41598-022-19071-1
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
Wahn, U, Lau, S, Eigenmann, P, Melen, E, Krauss-Etschmann, S, Lex, C, Matricardi, P, Schaub, B, Halken, S, Ege, M, Jackson, D, Hamelmann, E, Szépfalusi, Z, Garcia, AN & von Mutius, E 2022, 'Early priming of asthma and respiratory allergies: Future aspects of prevention: A statement by the European Forum for Education and Research in Allergy and Airway Disease (EUFOREA) and the EAACI-Clemens von Pirquet Foundation', Pediatric Allergy and Immunology, Jg. 33, Nr. 4, S. e13773. https://doi.org/10.1111/pai.13773
Head
Scientific staff
Technical staff
Alumni
- Dr. Hanna Angstmann
- Dr. rer nat. Sabine Bartel
- Dr. Eistine Boateng
- Dr. Göksel Dogan
- Dr. Natalia El-Merhie
- Gregor Jatzlauk
- Dr. Petra Nathan
- Dr. Karolina-Theresa Sirocko
- Dr. Stephanie Papenmeier
- Dr. Karin Uliczka
- Dr. Martin Wolff