Sechs neue interdisziplinäre Forschungsprojekte haben eine mehrjährige Förderung im Rahmen des Förderinstruments Audacity des Institute for Advanced Studies der Universität erhalten.
Das Forschungsprojekt CAMEOS „Cancer Microbiome: Emergent Organisation and Stability across scales“, geleitet von der Biologin Dr. Elisabeth Letellier und dem Physiker Prof. Anupam Sengupta von der Fakultät für Naturwissenschaften, Technik und Medizin, soll Aufschluss über das weitgehend unerforschte Krebsmikrobiom geben.
CAMEOS leistet Pionierarbeit bei der Erforschung des Krebsmikrobioms an der Schnittstelle von Physik, Biologie und maschinellem Lernen (ML). Es wird die Rolle von Mikroben – Mikroorganismen, aus denen das Mikrobiom besteht – bei der Gestaltung von Krebscharakteristika und -mikroumgebungen hinsichtlich mikrobieller Spezies und deren Physiologie erforschen.
Das menschliche Mikrobiom – die Gemeinschaft der Mikroorganismen, die mit dem menschlichen Körper assoziiert sind – soll zu der Krebsentstehung und -entwicklung beitragen. Trotz der jüngsten Fortschritte auf dem Gebiet der Mikrobiome und der Krebsforschung – allein für sich bereits zwei komplexe Systeme – ist an ihrer Schnittstelle, dem Krebsmikrobiom, noch vieles unbekannt. Obwohl eine wachsende Zahl von grundlegenden und translationalen Forschungsarbeiten auf Zusammenhänge zwischen Mikrobiom und Krebsentwicklung hinweist, sind die mechanistischen Grundlagen noch weitgehend unerforscht.
Das Krebsmikrobiom ist besonders wichtig für Krebsarten, die keine genetische Ursache haben, sondern durch Lebensstilfaktoren verursacht werden. Das Krebsmikrobiom ist ein gekoppeltes, aktives, komplexes System, in dem bestimmte Eigenschaften onkogene (zur Tumorentstehung neigende) Merkmale und das Wachstum unterstützen. Andererseits stecken Studien darüber, wie Krebszellen ein assoziiertes Mikrobiom beeinflussen, noch in den Kinderschuhen. „Es ist wenig bekannt, ob und wie emergente Eigenschaften – die durch die Kopplung zwischen den beiden komplexen Systemen entstehen – die Dynamik des Krebsmikrobioms regulieren. Dies lässt eine große Lücke in den Bemühungen zur Vorhersage von Krebsschicksal und -progression offen. CAMEOS zielt darauf ab, diesen vielversprechenden, aber noch unerforschten funktionellen Parameter innovativ zu nutzen, um die nächste Generation von diagnostischen und therapeutischen Werkzeugen voranzutreiben“, sagt Prof. Anupam Sengupta.
Für mehr Wissen über Darmkrebs
Mit dem Fokus auf Darmkrebs (CRC) als Modellsystem wird CAMEOS mithilfe von On-Chip und Organoid-basierte Plattformen untersuchen, wie das assoziierte Mikrobiom die Mikroumgebung des CRC Tumors beeinflusst. ML-basierte analytische Ansätze werden die mikroskaligen Veränderungen erfassen und aufdecken, wie Mikroben das CRC und seine Mikro-Umgebung (Matrix) regulieren, was sich letztendlich auf die Organisation und den Stoffwechsel der Mikroben auswirkt. Entscheidend ist, dass CAMEOS durch Zeitreihendaten beispielloses Wissen generieren wird, das die CRC-Matrix-Transformationen mit der mikrobiellen Verteilung und Physiologie verknüpft und Rückkopplungen aufdeckt, die gutartige bis bösartige Veränderungen in Krebszellen stimulieren. „CRC ist das beste Studienmodell, wenn es um das Mikrobiom und Krebs geht. In der Tat ist der Darm das Organ der Wahl für dieses Projekt, da sich Millionen von Bakterien im Darm aufhalten. Daher wird allgemein angenommen, dass das Mikrobiom eine wichtige Rolle bei CRC spielt, auch wenn Ursache und Kausalität noch nicht klar definiert sind“, sagt Dr. Elisabeth Letellier.
Dr. Elisabeth Letellier ist Co-Leiterin der Molecular Disease Mechanisms (MDM)-Gruppe des Fachbereichs für Lebenswissenschaften und Medizin der Universität Luxemburg. Die MDM-Gruppe setzt einen starken Fokus auf die Analyse von Mechanismen, die der Tumorprogression zugrunde liegen, sowie auf die Identifizierung von Biomarkern. Zusammen mit ihrem Team hat sie von Patienten abgeleitete 3D-Tumormodelle sowie verschiedene relevante in vivo CRC-Modelle entwickelt, die es erlauben, Wirkstoffziele zu identifizieren und therapeutische Strategien zu entwickeln.
Prof. Anupam Sengupta leitet die Physics of Living Matter Gruppe innerhalb des Departments für Physik und Materialwissenschaft. Die Physics of Living Matter Gruppe ist ein interdisziplinäres Team, das sich auf mikrobielle aktive Materie konzentriert und Forschungsfragen in den Bereichen Ökologie und Umwelt, menschliche Gesundheit, Biomaterialien und Biofluiddynamik umfasst.
Der Startschuss für CAMEOS ist für September 2021 geplant.
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