Pressemitteilung/News

Lungenforschung
14.07.2017

COPD – veränderte Lunge, verändertes Mikrobiom

Bei einer chronisch obstruktiven Lungenerkrankung, kurz COPD, kann es mit der Zeit zu strukturellen Veränderungen in der Lunge kommen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München konnten zeigen, dass diese Änderungen nicht nur das Organ selbst betreffen, sondern auch die Bakterien, die in ihm leben. Die Ergebnisse wurden jetzt in ‚PLOS ONE‘ publiziert.

Mikrobiom der Lunge

© Fotolia/Sebastian Kaulitzki (modifiziert)

Husten, Atembeschwerden und starke Schleimproduktion der Lunge sind typische Symptome einer COPD. Die Krankheit wird oft durch Rauchen ausgelöst und könnte nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation WHO im Jahr 2030 die dritthäufigste Todesursache weltweit sein. „Innerhalb der COPD gibt es verschiedene Subtypen, die sich beispielsweise durch quantitative Computertomographie (qCT)* nachweisen lassen“, erklärt PD Dr. Wolfgang zu Castell, Leiter der Abteilung Scientific Computing (ASC) am Helmholtz Zentrum München. „Wir wollten untersuchen, ob sich das Mikrobiom der Lunge in Abhängigkeit dieser Subtypen verändert“, ergänzt Prof. Dr. Michael Schloter, Leiter der Abteilung für vergleichende Mikrobiomanalysen (COMI) am Helmholtz Zentrum München.

Mikrobiom und CT Scans analysiert

Dazu untersuchten Wissenschaftler beider Abteilungen Proben von neun gesunden und 16 erkrankte Probandinnen und Probanden. Diese hatten an der Europa-weiten EvA (Emphysema versus Airway Disease) Studie zu Lungenerkrankungen teilgenommen. Zum einen analysierten die Forscher die Lungen mittels qCT und ordneten die Patienten gegebenenfalls den COPD-Subtypen zu. Zum anderen nutzten sie Abstriche der Lungen, um anhand bestimmter Markergene die Zusammensetzung des Lungenmikrobioms zu bestimmen.

„Dabei konnten wir zeigen, dass die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaft in der Lunge von COPD-Patienten ohne Veränderungen der Lungenstruktur der von Gesunden sehr ähnlich ist“, erklärt Dr. Marion Engel, Wissenschaftlerin in der Arbeitsgruppe Komplexe Systeme bei ASC und Erstautorin der Studie. „Dahingegen unterscheidet sich das Lungenmikrobiom von Erkrankten mit strukturellen Veränderungen der Lunge signifikant von denen der beiden anderen Gruppen, und das unabhängig von der Schwere der Erkrankung.“

Streptokokken unter Verdacht

Der Studie zufolge treten in strukturell veränderten Lungen besonders oft Streptokokken auf. Zu dieser Gattung gehören viele pathogene Vertreter, die auch häufig bei Exazerbationen** nachgewiesen werden. In der Lunge von Gesunden dagegen fanden sich vermehrt Bakterien der Gattung Prevotella, denen auch eine Reihe von probiotischen Eigenschaften zugeschrieben werden.

Zusammengefasst deuten die Ergebnisse darauf hin, dass bei bestimmten Subtypen einer COPD Veränderungen der Bakteriengemeinschaften in der Lunge auftreten, die die Ansiedlung potentiell krankheitserregender Bakterien begünstigen können, so die Autoren. Im Sinne einer personalisierten Therapie sei es daher sinnvoll, auch das Mikrobiom im Blick zu haben: Etwa bei einer Abwägung, ob bei einem Patienten mit bestimmtem COPD-Subtyp Antibiotika oder Glukokortikoide verabreicht werden.

Eine zusammenfassende Infografik finden Sie hier!

Weitere Informationen

* Im Gegensatz zur herkömmlichen Computertomographie (CT) bestimmen quantitative (q) Verfahren die physikalische Dichte sehr genau.

** Exazerbationen bezeichnen eine teilweise schubweise Verschlimmerung des Krankheitsbildes.

Hintergrund:
Dass Bakterien in der Lunge vorkommen, ist vollkommen normal. Auch war bereits bekannt, dass sich die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaften in der Lunge von Menschen mit COPD mit fortschreitender Erkrankung verändert und pathogene Bakterien und Viren eine Verschlechterung des Gesundheitszustands verursachen können, so die Autoren. Neu ist vor allem, dass strukturelle, im CT nachweisbare Veränderungen in der Lunge COPD-Kranker im Zusammenhang mit der Zusammensetzung des Lungenmikrobioms stehen, nicht aber die Schwere der Erkrankung.

Original-Publikation:
Engel, M. et al. (2017): Influence of Lung CT Changes in Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) on the Human Lung Microbiome. PLOS ONE, DOI: 10.1371/journal.pone.0180859

Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.300 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören. 

Die Abteilung Scientific Computing (ASC) verwaltet die zentrale Datenverarbeitung am Helmholtz Zentrum München und organisiert die professionelle ICT-Unterstützung. Darüber hinaus obliegt dem Institut der Forschungsbereich Scientific Computing, wissenschaftliches Rechnen, bei dem mathematische Methoden für numerische Analysen und Simulationen in biologischen Modellen entwickelt und angewandt werden.

Die Abteilung für Vergleichende Mikrobiomanalysen (COMI) untersucht elementare Prinzipien der Entwicklung von Mikrobiomen und deren Funktionen in unterschiedlichen Wirten. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf der Erforschung von Netzwerkstrukturen und deren Rolle für Resilienz gegenüber Stressoren und sich verändernden Bedingungen. Ziel ist es generelle Mechanismen der Strukturbildung von Mikrobiomen zu identifizieren, die unabhängig vom jeweiligen Wirt beziehungsweise Umwelt ablaufen. Basierend auf den Ergebnissen sollen Möglichleiten der Stabilisierung von Mikrobiomen erarbeitet werden, die dann unmittelbaren Einfluss auf die Gesundheit der jeweiligen Wirte haben. Mit diesem Forschungsansatz steht die Abteilung an der Schnittstelle zwischen die Forschungsfelder „Umwelt“ und „menschliche Gesundheit“ am Helmholtz Zentrum München.