Förderprojekte

Förderbeginn 01.07.2013

Charakterisierung von Archaeen in Proben von menschlicher Haut mittels SR-FTIR

Dr. Christine Moissl-Eichinger
Universität Regensburg
Fakultät für Biologie - Lehrstuhl f. Mikrobiologie / Archaeenzentrum

Dr. Hoi-Ying Holman
Lawrence Berkeley National Laboratory
Earth Sciences Division

In einer kürzlich veröffentlichten Studie ist es uns gelungen, Archaeen in Wischproben menschlicher Haut nachzuweisen – in niedriger Diversität, aber hoher Abundanz (Probst et al., 2013). Dieser Entdeckung war erstaunlich, hatten doch vorausgegangene Forschungen diese mikrobielle Gruppe übersehen, oder ihre Präsenz unterschätzt. Deshalb galt das größte menschliche Organ, die Haut, als „Archaeen-frei“. Mittels nicht-invasiver, sensitiver SR-FTIR (Synchrotron-basierte, Fourier-Transformation Spektromikroskopie) Technologie, werden wir die mit menschlicher Haut assoziierten Archaeen bezüglich Quantität, Biochemie und Metabolismus analysieren. Unser Ziel ist es, wichtige Informationen bzgl. der Eigenschaften dieser Archaeen zu sammeln und die nützliche oder sogar pathogene Rolle dieser Mikroorganismen zu verstehen.

Abschlussbericht
In diesem Projekt haben Wissenschaftler aus Regensburg und Berkeley human-assoziierte Archaeen untersucht, mit dem Ziel die Archaeen zu visualisieren und ihren Beitrag zum menschlichen Hautmikrobiom zu quantifizieren. Unterstützt durch das BaCaTeC-Funding konnte ein Doktorand aus Regensburg (Alexander Probst) 4 Wochen am Lawrence Berkeley National Laboratory verbringen und dort, zusammen mit Dr. Giovanni Birarda und Prof. Dr. Hoi-Ying Holman SR-FTIR (synchrotron radiation- based Fourier transform infrared) Spektromikroskopie durchzuführen. SR-FTIR ermöglicht eine sensitive Detektion von archaeellen Signaturen in komplexen Proben, ohne abhängig von invasiven Nukleinsäure- oder Fluoreszenzmikroskopie-basierten Analysen zu sein. Innerhalb des gesamten Projektes, in welchem wir 50 menschliche Haut-Wischproben untersucht haben, haben wir wichtige Information bezüglich der Charakteristika der human assoziierten Archaeen gesammelt.

Für die Messungen haben wir 10 ausgewählte menschliche Haut-Wischproben vorbereitet, sowie entsprechende Kontrollen, welche auch archaeelle Positivkontrollen enthielten. 2 µl jeder Probe wurden auf einen Silizium-Träger getropft, und die Infrarot-Messungen wurden durchgeführt (FOCAL PLANE ARRAY infrared detector). Insgesamt wurden ca. 430.000 einzelne Spektren aufgezeichnet (Größe eines Pixels: 5,2x5,2µm), und etwa 180.000 Spektren enthielten biologisches Material. Um Archaeen von Bakterien und menschlichen Haut-Zellen zu unterscheiden, wurde das CH₃/CH₂-Verhältnis analysiert, wie es in Probst et al., 2012 beschrieben ist (Probst et al. "Tackling the minority: sulfate-reducing bacteria in an archaea-dominated subsurface biofilm." The ISME journal 7.3 (2012): 635-651).

In allen 10 Proben wurden Archaeen detektiert. Einige Proben zeigten erstaunlich hohe Anteile von Archaeen (bis zu 40% der Pixel waren Archaeen-positiv, normalisiert wurde auf die kompletten, nicht-leeren Pixel). Diese Daten haben unsere Erwartungen und Daten aus unseren bisherigen Messungen übertroffen, welche einen Anteil von ca. 10% Archaeen am menschlichen Haut-Mikrobiom aufzeigten. Archaeen scheinen daher eine enorm wichtige Rolle auf der menschlichen Haut zu spielen – eine Tatsache die nun mit verschiedenen, unabhängigen Methoden bewiesen wurde. Wir bereiten derzeit ein Manuskript zur Publikation vor, welches auf den Daten aus diesem BaCaTeC-Projekt basieren wird. Wir schätzen die Unterstützung von BaCaTeC sehr und bedanken uns für die Ermöglichung dieser Messungen. Der Aufenthalt des Regensburger Doktoranden in Lawrence Berkeley National Laboratory, Kalifornien hat unsere lebendige Kollaboration mit unseren US-Amerikanischen Kollegen deutlich verstärkt und vertieft.