Labor Ayele Argaw-Denboba
Microbiome-epigenome axis in early life programming
Die Darmmikrobiota bietet eine ideale Anlaufstelle für die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Wirt und Umwelt. In den letzten zehn Jahren gab es ein enormes Interesse und große Fortschritte beim Verständnis, wie ein verändertes Mikrobiom (Dysbiose) die zellulären und molekularen Reaktionen somatischer Wirtszellen beeinflusst. Ob dieser Effekt auch die epigenetische Programmierung in Keimzellen (Gametogenese) und während der Entwicklung beeinflusst, ist jedoch noch eine offene Frage.
Epigenetische Regulatoren in jeder Zelle benötigen geeignete Substrate und Kofaktoren, um die Chromatinstruktur und -funktionen zu verändern. Die Darmmikrobiota produziert eine Vielzahl von Biomolekülen, darunter auch solche, die als Substrate, Kofaktoren oder Regulatoren epigenetischer Enzymaktivitäten fungieren. Wie die Darmmikrobiota und ihre Stoffwechselprodukte epigenetische Mechanismen bei Säugetieren beeinflussen, ist jedoch noch weitgehend unerforscht.
Mission
Zu den Forschungsschwerpunkten des Labors gehören die Entwicklung eines umfassenden Verständnisses der Wechselwirkungen zwischen Mikrobiom und Epigenom während der frühen Entwicklungsphase (d.h. Oogenese und Embryogenese) und die Identifizierung der Mechanismen, durch die vom Darmmikrobiom vermittelte Effekte über Generationen hinweg weitergegeben werden. Wir sind auch an der Erforschung von Darmbakterien interessiert, die Metaboliten produzieren, die in den Ein-Kohlenstoff-Stoffwechsel (1C-Stoffwechsel) eingehen. Der 1C-Stoffwechsel steht in direktem Zusammenhang mit Chromatin-Modifikationen und spielt eine entscheidende Rolle in der Entwicklung und im Stoffwechsel.
Ziele
Wir wollen die folgenden vier Ziele erreichen, um Einsichten in die Wechselwirkungen zwischen Mikrobiom und Epigenom bei der Entwicklung des Lebens zu gewinnen:
- Entschlüsselung der regulatorischen Rolle der Darmmikrobiota während der Gametogenese
- Bestimmen der Auswirkungen der elterlichen Darmdysbiose auf die epigenetische Vererbung
- Identifizierung von Darmmikroben und deren Stoffwechselprodukte, die die Chromatinfunktion regulieren
- Entwicklung einer High-Throughput-Screening-Plattform zur Vorhersage der zellulären und molekularen Ziele der von der Mikrobiota stammenden Metaboliten
Ansatz
Zur Untersuchung unserer Forschungsfragen nutzen wir sowohl etablierte als auch neue Technologien, die in der Epigenetik- und Mikrobiomforschung eingesetzt werden. Unser Ansatz integriert High-Throughput-Zellkultursysteme und Mausmodelle mit modernster Kulturomik und Multiomik bei Bulk- und Einzelzellauflösung. Darüber hinaus evaluieren und validieren wir die regulatorische Rolle spezifischer Darmbakterienspezies (z. B. Methyl- und Acetylspender) unter Verwendung keimfreier Mäuse.
Impact
Die aus unserer Forschung gewonnenen Erkenntnisse werden neue Ansatzpunkte für die Entdeckung von Probiotika und Präbiotika eröffnen, die epigenetische Enzymaktivitäten auf lokaler oder systemischer Ebene regulieren oder erhalten können. Unsere Forschung wird auch eine Vielzahl von Auswirkungen auf die Reproduktionsbiologie und die translationale Forschung haben, indem sie die Entwicklung von prädiktiven diagnostischen Biomarkern für ungünstige Schwangerschaftsergebnisse und die Formulierung von präventiven mikrobiellen Nahrungsergänzungsmitteln ermöglicht, die Gesundheitsrisiken zwischen den Generationen mindern.