PORTFOLIO

Mikrobiomreorganisation zur Prävention und Behandlung von Infektionen mit multiresistenten Keimen:
Staphylococcus aureus ist einer der häufigsten Erreger von schweren Infektionen (Haut- und Weichteilinfektionen, Bakteriämien (Blutvergiftungen), Herzklappenentzündungen (Endokarditiden), Arthritiden (Gelenksentzündungen) des Menschen. Andererseits sind ca. 40-50% der Menschen mit S. aureus kolonisiert, ohne dass diese Krankheitssymptome zeigen. Kolonisation ist aber der wichtigste Risikofaktor für eine Infektion. Ein weiteres relevantes klinisches, spitalhygienisches und ökologisches Problem stellen zudem Antibiotikaresistenzen dar - sogenannte Methicillin-resistente S. aureus. Aufgrund der hohen Krankheitslast weltweit sowie einer fehlenden Impfung sind neuartige Therapie- und Präventionsverfahren dringend nötig.
Mit neuen Sequenzierungstechnologien konnte gezeigt werden, dass der wichtigste Faktor für S. aureus Kolonisation (und somit Infektion) das sogenannte Mikrobiom ist (die Gesamtheit aller Bakterien in einem Habitat). Bestimmte gutartige Bakterien (sogenannte Kommensalen) zeigen in Mikrobiomstudien starke negative Assoziationen mit S. aureus und unsere Studien haben gezeigt, dass die beiden kommensalen Bakterien Dolosigranulum pigrum und Corynebacterium pseudodiphtheriticum S. aureus hemmen können. Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer neuartigen Therapie von S. aureus Kolonisation und somit Infektion. Um dies zu erreichen, werden wir erst ein Mikrosystem etablieren, in dem wir bakterielle Mikrobiome modellieren um die ideale Zusammensetzung des Mikrobioms zur Verhinderung von S. aureus Kolonisation zu eruieren. In einem zweiten Schritt werden wir dann in einer klinischen Studie die Anwendung von kommensalen Bakterien im Nasenspray zur Unterstützung der S. aureus Dekolonisation prüfen. Ziel ist die Entwicklung eines personalisierten Verfahrens (Modellierung von Patientenmikrobiomen im Labor und Entwicklung einer spezifischen Therapie) zur Verhinderung von Infektionen mit S. aureus.

In diesem interdisziplinären Projekt erforschen Mediziner/innen, Physiker/innen, Ingenieure/innen, Mikrobiologen/innen und Spitalhygieniker/innen gemeinsam eine neue Strategie zur Bekämpfung von Infektionen mit resistenten Bakterien. Dabei soll in Anbetracht der weltweit zunehmenden Antibiotikaresistenzproblematik ein neuer Ansatz ohne den Gebrauch von Antibiotika verfolgt werden. Mikrobiomanalysen der oberen Atemwegen und anschliessende Laborexperimente haben gezeigt, dass gewisse gutartige (sogenannte kommensale) Bakterien krankmachende Bakterien wie Staphylococcus aureus (verursacht Haut- und Weichteilinfektionen, Blutvergiftungen, Gelenksinfektionen und andere schwere Erkrankungen) am Wachstum hindern können.
Unser innovatives Projekt hat zum Ziel, im Labor mikrobielle Gemeinschaften (Mikrobiome) zu modellieren und in Mikrosystemen (sog. microfluidic devises) zu untersuchen, um personalisierte Präventions- und Behandlungsstrategien zu entwickeln. Dies soll im letzten Teil der Studie dann in einem klinischen Versuch mit Patienten getestet werden, die an wiederkehrenden Infektionen mit S. aureus leiden (insbesondere mit der Antibiotika-resistenten Variante MRSA).

In den ersten beiden Projektjahren erfolgte die Etablierung der technischen Grundlagen für die Modellierung (den Nachbau) von Mikrobiomen der oberen Atemwegen auf kleinen Chips. Diese erlauben eine Beobachtung von Interaktionen zwischen verschiedenen Bakterien auf Ebene der einzelnen Zellen. Experimente bestätigen hierbei eine Hemmung von krankmachenden Bakterien (S. aureus) durch kommensale (gutartige) Bakterien. Aktuell werden nun möglichst potente Kombinationen von kommensalen Bakterien gegen krankmachende Bakterien getestet, die dann in den späteren Projektphasen als Testprodukt angewendet werden sollen. Hierfür finden Gespräche mit verschiedenen Industriepartnern sowie Swissmedic statt.

Dolosigranulum pigrum Cooperation and Competition in Human Nasal Microbiota, mSphere (asm.org);
Commensal–Pathogen Interactions along the Human Nasal Passages, plos.org;
Bacterial microbiota of the nasal passages across the span of human life, ScienceDirect;
Sequential capillarity-assisted particle assembly in a microfluidic channel – Lab on a Chip, RSC Publishing
Developing and optimizing a personalized probiotic treatment regime for nasal endogenous Staphylococcus aureus decolonization, preprint bioRxiv (currently under peer review)