Vergleichende Analyse des Mikrobioms bei Patientinnen und Patienten mit Chronisch obstruktiver Lungenerkrankung und Leistungssportlerinnen und -sportlern im Rahmen der IMAGINE-Studie

Abstract

Einleitung: Das Mikrobiom, die Gesamtheit der Mikroorganismen, die den menschlichen Körper besiedeln, spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gesundheit und ist an zahlreichen pathophysiologischen Prozessen beteiligt. Diese Arbeit untersucht den Einfluss des Gesundheitszustands und unterschiedlicher Lebensstile auf die mikrobiellen Gemeinschaften in verschiedenen Körperregionen wie Speichel, Rachen, Augen und Zahnzwischenräumen. Im Mittelpunkt steht der Vergleich zwischen Patientinnen und Patienten mit Chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) und Leistungssportlerinnen und -sportlern. Ziel ist es, die Zusammenhänge zwischen den mikrobiellen Profilen und pathophysiologischen Prozessen zu identifizieren, um neue Ansätze für Prävention und Therapie der COPD zu entwickeln. Methoden: Im Rahmen der IMAGINE-Studie wurden mikrobiologische Proben von COPD-Patientinnen und -Patienten sowie Leistungssportlerinnen und -sportlern analysiert. Hierbei kam eine metagenomische Shotgun-Sequenzierung zum Einsatz, ergänzt durch bioinformatische Tools zur Identifikation mikrobieller Taxonomien, zur Bestimmung der funktionellen Potenziale sowie zur Assemblierung metagenomischer Daten. Statistische Verfahren wie die permutative multivariate Varianzanalyse wurden angewendet, um Unterschiede in der Zusammensetzung und Diversität der mikrobiellen Gemeinschaften zu quantifizieren. Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede in der mikrobiellen Zusammensetzung zwischen Patientinnen und Patienten mit COPD und Leistungssportlerinnen und -sportlern. Während die Diversität der mikrobiellen Gemeinschaften in bestimmten Körperregionen vergleichbar war, wiesen Patientinnen und Patienten COPD eine signifikant höhere Präsenz entzündungsfördernder Bakterien wie Streptococcus und Veillonella auf. Diese Mikroorganismen könnten mit Krankheitsprogression und chronischen Entzündungsprozessen assoziiert sein. Im Gegensatz dazu wiesen Leistungssportlerinnen und -sportler eine stabilere mikrobielle Gemeinschaft mit einer höheren Präsenz protektiver Mikroorganismen wie Lactobacillus auf, die eine schützende Wirkung auf die Gesundheit haben könnten. Schlussfolgerung: Diese Arbeit zeigt einen möglichen Zusammenhang zwischen dem Mikrobiom und der Pathogenese der COPD sowie den potenziellen protektiven Effekten eines gesunden Lebensstils auf. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine gezielte Modulation des Mikrobioms, etwa durch probiotische Therapien oder Lebensstilinterventionen, vielversprechende Ansätze für Prävention und Therapie darstellen könnte. Zukünftige Studien sollten jedoch die kausalen Beziehungen zwischen mikrobiellen Profilen und Krankheitsverläufen genauer untersuchen, um fundierte und personalisierte Behandlungsstrategien zu entwickeln.

Introduction: The microbiome, the totality of microorganisms that colonize the human body, plays a central role in the maintenance of health and is involved in numerous pathophysiological processes. This study investigates the influence of health status and different lifestyles on the microbial communities in different body regions such as saliva, throat, eyes and interdental spaces. The focus is on the comparison between patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and competitive athletes. The aim is to identify the relationships between the microbial profiles and pathophysiological processes in order to develop new approaches for the prevention and treatment of COPD. Methods: As part of the IMAGINE study, microbiological samples from COPD patients and competitive athletes were analyzed. Metagenomic shotgun sequencing was used, supplemented by bioinformatic tools to identify microbial taxonomies, determine functional potentials, and assemble metagenomic data. Statistical methods such as permutative multivariate variance analysis were used to quantify differences in the composition and diversity of microbial communities. Results: The results show clear differences in the microbial composition between patients with COPD and competitive athletes. While the diversity of microbial communities was comparable in certain regions of the body, patients with COPD had a significantly higher presence of pro-inflammatory bacteria such as Streptococcus and Veillonella. These microorganisms could be associated with disease progression and chronic inflammatory processes. In contrast, competitive athletes had a more stable microbial community with a higher presence of protective microorganisms such as Lactobacillus, which could have a protective effect on health. Conclusion: This study shows a possible link between the microbiome and the pathogenesis of COPD as well as the potential protective effects of a healthy lifestyle. The results suggest that targeted modulation of the microbiome, for example through probiotic therapies or lifestyle interventions, could represent promising approaches for prevention and therapy. However, future studies should investigate the causal relationships between microbial profiles and disease progression in more detail in order to develop well-founded and personalized treatment strategies.