Einfluss der Umweltgesundheit auf die Dynamik des nützlichen und potentiell pathogenen Mikrobioms in Nagetierpopulationen entlang eines Landnutzungsgradienten

Stipendiatin/Stipendiat: Lea Kauer

Durch anthropogene Veränderungen der Kulturlandschaft hat sich in Deutschland eine moderne Agrarlandschaft mit einem Mosaik aus verschiedenen Landnutzungsformen unterschiedlicher Intensitäten entwickelt. Die Umweltgesundheit, die durch Landnutzung beeinflusst wird, hat Einfluss auf die Diversität und Gesundheit der in ihr lebenden Organismen. In Bezug auf die Gesundheit höherer Organismen besteht dabei ein fein abgestimmtes Gleichgewicht zwischen nützlichen und gesundheitsstörenden Mikroben. Veränderte Umweltbedingungen, wie die Änderung der Intensität der Landnutzung können dieses Gleichgewicht verschieben.

Nagetiere, besonders generalistische Arten wie die Rötelmaus und die Feldmaus treten in unserer anthropogenen Kulturlandschaft nicht nur häufig auf, da sie eine hohe Störungstoleranz aufweisen, sondern stellen gleichzeitig ein Reservoir für viele human- und veterinärmedizinisch relevante Mikroben dar. Die Verbindung von Landnutzungsdaten, Ökologie, Populationsgenetik und -dynamik und der Mikrobiomkomposition der Nagetierpopulationen ist grundlegend für die holistische Bewertung verschiedener Landnutzungsformen auf ihr Potenzial zur Verschiebung des mikrobiellen Gleichgewichts, um daraus Handlungsempfehlungen zur Stabilisierung der Umweltgesundheit in unserer Agrarlandschaft ableiten zu können.

Deshalb soll in diesem Projekt der Einfluss der Umweltgesundheit auf die Zusammensetzung des natürlichen und potentiell pathogenen Mikrobioms von Nagetierpopulationen (Rötelmaus, Clethrionomys glareolus (Wald) und Feldmaus, Microtus arvalis (Grünland)) entlang eines Landnutzungsgradienten (von intensiv bis extensiv) untersucht werden.

Dafür werden von circa 600 Nagetieren (Rötelmäusen und Feldmäusen) mittels 16S rRNA bzw. ITS Amplikon NGS die gesamte bakterielle und pilzliche mikrobielle Community des Darm-Mikrobioms, sowie eines Organmix-Mikrobioms erfasst. Von besonderem Interesse sind hier Rückkopplungseffekte zwischen der Komposition des Darm-Mikrobioms bzw. des Organmix-Mikrobioms in Relation zur Landnutzung. Eine zusätzliche Bestimmung der Verwandtschaftsverhältnisse zwischen den Populationen (Metapopulationsstruktur) der beiden Nagetierarten mittels Genotypisierung der Individuen anhand von Mikrosatelliten (STR) erlaubt es die Effektgröße von Wirtsgenetik und Umwelteinflüssen auf die räumlichen Muster des jeweiligen Mikrobioms zu bestimmen.

Ein weiterer zu untersuchender Faktor ist das Vorhandensein und ggf. die Anreicherung antimikrobiell resistenzvermittelnder Gene (AMR) in der Umwelt, speziell durch die Ausbringung von Nutztierkot und intensiver Beweidung. Hierfür werden weitere circa 100 Proben unterteilt in Nutztierkot, Wildtierkot (aus präpariertem Feldmausdarm) und Gülle untersucht. Dadurch werden nicht nur die Übergänge von AMRs zwischen Nutz- und Wildtieren charakterisiert, sondern auch Schlussfolgerungen zum Einfluss von AMRs auf die Diversität und Komposition des natürlichen bzw. potentiell pathogenen Mikrobioms möglich sein.  Mit Hilfe von Metagenom NGS wird das Gesamt- und das Coliforme-Resistom erfasst und einzelne Isolate durch Resistenztestung auf Selektivplatten untersucht.

Langfristig erhobene, flächenspezifische Kovarianten zur Umweltgesundheit werden neben den generierten Daten zur Mikrobiom Komposition, der Genetik und der Zirkulation von AMR Genen in den finalen Modellierungsansatz einfließen. Diese Synopsis dient der Beantwortung der Frage, ob der Faktor Landnutzungsintensität das Potential zur Verschiebung des natürlichen Mikrobioms der Nagetierpopulationen hin zu einem potentiell pathogenen Mikrobioms hat. 

 

Förderzeitraum:
01.07.2021 - 30.06.2024

Institut:
Technische Universität München
Institut für Zoologie
AG Molekulare Zoologie

Betreuer:
Prof. Dr. Ralph Kühn

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