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Vergleichende Untersuchung des Einflusses von Antibiotika-Applikation auf das enterale Mikrobiom von Mensch und Schwein

Die Entwicklung eines automatisierten bioinformatischen Tools zur Bestimmung der Gesamtheit des Genoms (Metagenom) der mikrobiellen Besiedelung des Darms des Schweins ist Ziel dieses Arbeitsschwerpunkts. Die Anwendung des Tools ist folgendermaßen geplant. Eine Probe mit verschiedenen bakteriellen Mikroorganismen (z.B. Stuhlprobe, Umweltprobe, Schleimhautabstrich) wird so aufgearbeitet, dass die enthaltene DNA (Desoxyribonukleinsäure) extrahiert wird, die nachfolgend mittels eines Next-Generation-Sequencing(NGS)-Automaten sequenziert wird. Die so erhaltenen Daten, welche eine Mischung von Genomfragmenten aller enthaltenen Mikroorganismen darstellen, werden durch das in diesem Arbeitsschwerpunkt entwickelte Tool analysiert. Das Ergebnis der Analyse ist die qualitative und quantitative Zusammensetzung des mikrobiellen Metagenoms. Durch den Vergleich der so erhaltenen Metagenome läßt sich der Einfluss von den unterschiedlichsten Faktoren auf die Zusammensetzung der den Schweinedarm besiedelnden Mikroorganismen (Mikrobiom) ermitteln.

Auch ein Tool zur Analyse des Resistoms (der Gesamtheit aller Antibiotika-Resistenzgene des Mikrobioms) von Gram-negativen Enterobakterien wie Escherichia coli wird in diesem Arbeitsschwerpunkt entwickelt. Zur Vorbereitung der Untersuchung durch das Tool wird die DNA des betreffenden Bakterienstammes mittels eines NGS-Automaten sequenziert. Die sequenzierten DNA-Fragmente werden in einem Assembly zu längeren Sequenzen, sogenannten Contigs, zusammengefügt. Die so erhaltenen Contigs werden mithilfe des entwickelten Tools mit einer Referenzdatenbank von Resistenzfaktoren abgeglichen und die vorhandenen Resistenzfaktoren ausgegeben. So ist eine schnelle und umfassende Einschätzung des Resistenzstatus von bakteriellen Proben möglich, die zu einer gezielten Antibiotikabehandlung führt.

Prof. Dr. Lothar H. Wieler

Prof. Dr. Lothar H. Wieler

Freie Universität Berlin 
Institut für Mikrobiologie und Tierseuchen
www.mi.fu-berlin.de

Temesgen Dadi

Temesgen Dadi

Freie Universität Berlin 
Institut für Informatik, Algorithmische Bioinformatik
www.mi.fu-berlin.de

E-Mail: temesgen.dadi@fu-berlin.de

Dadi TH, Renard BY, Wieler LH, Semmler T, Reinert K. (2017) SLIMM: species level identification of microorganisms from metagenomes. PeerJ 5:e3138
https://doi.org/10.7717/peerj.3138