CED: Wie kann das Darmmikrobiom für Therapien nutzbar gemacht werden?

Es ist schon länger bekannt, dass das Darmmikrobiom bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) eine wichtige Rolle spielen könnte. Es ist deshalb wichtig zu erfahren, welche Mikroorganismen im Darm einer Person leben, wie sie sich auf den Körper auswirken und wie sie mit der Entstehung und dem Verlauf von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) wie Morbus Crohn und Colitis ulcerosa zusammenhängen. Das Verbundprojekt MikrobiomProCheck, an dem auch Forschende der Universität Bielefeld und des Universitätsklinikums OWL beteiligt sind, soll untersuchen, wie sich dieses Wissen medizinisch nutzen lässt. Das Projekt wird mit rund 3,4 Millionen Euro durch die NRW-Landesregierung und die Europäische Union gefördert.

KI für Analyse nötig

Ziel soll es sein, Daten aus dem Mikrobiom für Forschung und Therapie nutzbar zu machen. Professor Dr. Robert Heyer koordiniert das Verbundprojekt als Leiter der Forschungsgruppe Mehrdimensionale Omics-Datenanalyse am Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften – ISAS – e.V. in Dortmund. Der Professor für Bioinformatik und Gruppenleiter am Centrum für Biotechnologie (CeBiTec) an der Universität Bielefeld beschreibt das Mikrobiom als einen Datenraum, in dem viele Informationen zusammenkommen. Die Forschenden suchen dabei nach Mustern: Welche Mikroorganismen kommen im Darm vor? Welche Funktionen übernehmen sie? Und wie hängen diese Informationen mit Erkrankung, Therapieerfolg und individuellen Unterschieden zwischen Patientinnen und Patienten zusammen? „Die Zusammenhänge sind so komplex, dass sie nur mit datengetriebenen und KI-basierten Verfahren systematisch ausgewertet werden können“, sagt Heyer. 

Stuhlprobe statt Darmspiegelung?

Langfristig könnten solche Analysen dazu beitragen, den Krankheitsverlauf schonender zu kontrollieren. Die Hoffnung: In manchen Situationen könnten künftig Stuhlproben ausreichen, statt wiederholt Darmspiegelungen vornehmen zu müssen. Zugleich sollen sie Hinweise darauf geben, welche Medikamente für welche Patientinnen und Patienten besonders geeignet sein könnten. Aus einer Stuhlprobe allein entstehe noch keine medizinische Entscheidungshilfe. Erst wenn klinische Angaben, molekulare Analysen und bioinformatische Auswertungen zusammenkommen, sei es möglich, Muster zu erkennen, die für Diagnose, Therapie und Verlaufskontrolle relevant sein könnten, so das Forschungsteam. In der klinischen Studie arbeiten das Universitätsklinikum OWL und das Universitätsklinikum Essen eng zusammen.

Auch junge CED-Patientinnen und -Patienten im Blick

In der Universitätsklinik für Kinder- und Jugendmedizin am Universitätsklinikum OWL untersuchen Prof. Dr. Eckard Hamelmann und Dr. Patricia Maasjosthusmann junge CED-Patientinnen und -Patienten sowie gesunde Vergleichspersonen zwischen sechs und 17 Jahren. „Besonders der Blick auf Kinder und Jugendliche kann helfen, frühe Veränderungen im Darmmikrobiom besser zu verstehen“, sagt Heyer. Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen beginnen häufig bereits in jungen Jahren. Das Universitätsklinikum Essen ist für die Rekrutierung von erwachsenen Patientinnen und -Patienten und Kontrollprobanden innerhalb der Studie verantwortlich. Für alle Patientinnen und Patienten werden zu mehreren Zeitpunkten Stuhlproben und begleitende Angaben erhoben, etwa zur Ernährung und Lebensweise. Im Projektverbund werden diese Daten zusammengeführt und ausgewertet, um zu untersuchen, welche Faktoren den Verlauf der Erkrankung beeinflussen.

Muster in den Daten erkennen

Dr. Tobias Busche von der Omics Core Facility am CeBiTec bringt für die Untersuchung der Proben die genomanalytische Expertise der Universität Bielefeld ein. Durch die Sequenzierung lässt sich erfassen, welche mikrobiellen Erbinformationen in den Proben vorhanden sind und welche biologischen Funktionen damit verbunden sein könnten. So wird sichtbar, aus welchen Bestandteilen sich das Darmmikrobiom zusammensetzt und welche Aufgaben sie möglicherweise übernehmen. Anschließend soll es darum gehen, in diesen Daten bestimmte Muster zu erkennen. Professor Dr. Alexander Sczyrba von der Technischen Fakultät der Universität Bielefeld entwickelt dafür bioinformatische Verfahren, mit denen sich die großen Datenmengen systematisch analysieren lassen. So können die Forschenden erkennen, welche Veränderungen im Mikrobiom mit einer Erkrankung zusammenhängen könnten und welche Daten sich für weitere KI-gestützte Analysen eignen. Zum Einsatz kommt dabei auch die de.NBI-Cloud am CeBiTec, die Rechen- und Speicherinfrastruktur flexibel bereitstellt. „Das Besondere an MikrobiomProCheck ist die Breite des Ansatzes: Wir betrachten das Darmmikrobiom nicht isoliert, sondern verbinden klinische Daten, molekulare Analysen und Bioinformatik. Dadurch können wir Zusammenhänge untersuchen, die mit einzelnen Methoden allein kaum sichtbar wären“, so Einschätzung von Heyer.

Quelle: idw/Universität Bielefeld