Der Mensch ist mit einer Vielzahl an Bakterien, Pilzen und Viren besiedelt – das sogenannte “humane Mikrobiom”. Durch intensive Forschungsbemühungen in den letzten Jahren wurde klar, dass unser Mikrobiom eine große Rolle für die Gesundheit spielt, wobei ein unausgewogenes, instabiles  Mikrobiom im Verdacht steht, epidemische Volkskrankheiten wie Diabetes, Fettleibigkeit, Lebererkrankungen und Herz-Kreislauferkrankungen sowie neurologische und psychiatrische Erkrankungen zu verursachen und/oder zu fördern. Des Weiteren wirkt das Mikrobiom als Platzhalter und hält pathogene Bakterien fern, wodurch Infektionen minimiert werden.

Wir benutzen “Next- und Third-Generation (Oxford Nanopore)” Sequenzierungsmethoden (“-omics“), um diese komplexen Gemeinschaften von Mikroorganismen auf und in unserem Körper zu entschlüsseln und durch enge Kooperation mit klinischen Partnern und Partnerinnen deren Rolle für die Entstehung von Krankheiten besser zu verstehen. Dabei ist die bioinformatische und statistische Analyse, auch unter Einbeziehung von KI-Methoden, von zentraler Bedeutung, um die Fülle an gewonnenen Daten richtig interpretieren zu können. Ziel ist es neue Therapieansätze, wie zum Beispiel gezielte und individualisierte Ernährungsinterventionen, zu entwickeln. Diese Ansätze werden mit diversen in vitro-Verfahren, wobei sowohl batch als auch kontinuierliche Kulturtechniken zum Einsatz kommen, sowie mit molekularen Methoden, ergänzt. Dadurch können Hypothesen unter definierten Bedingungen überprüft werden. Gemeinsam mit der Gastroenterologie haben wir die Initiative "translationale, gastrointestinale Mikrobiomforschung" ins Leben gerufen. Außerdem bieten Sequenzierungsmethoden großes Potential in der Diagnostik, um schnell und umfangreich auf Infektionen reagieren zu können.

Im Fokus unserer Forschung stehen spezifische Funktionen der Darmmikrobiota, welche die Gesundheit des Menschen beeinflussen. Auf der einen Seite produzieren Darmbakterien Stoffe, wie z. B. Vitamine und kurzkettige Fettsäuren, die essentiell für unseren Organismus sind. Auf der anderen Seite stehen bestimmte Metabolite im Verdacht, Krankheit zu verursachen, wie z. B. das Trimethylamin, welches an der Entstehung von Nieren- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen beteiligt ist. In beiden Fällen spielt die Ernährung eine wichtige Rolle, da diese direkt unser Mikrobiom beeinflusst und die Produktion von bakteriellen Stoffwechselprodukten kontrolliert. Die Entschlüsselung der komplexen Wechselspiele zwischen 1. Umweltfaktoren (z. B. Ernährung), 2. Mikrobiom, und 3. Wirt (Immunsystem, Hormone, Nervensystem) wird es in Zukunft erlauben, spezifische, personalisierte Therapieansätze zu verfolgen.

Unsere Forschung wird von der DFG, dem DZIF, der Volkswagenstiftung, dem BMBF und von RESIST II unterstützt.

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Mitarbeiter der AG Vital

Wichtigste Publikationen:

• Buttler L, Velázquez-Ramírez DA, Tiede A, Conradi AM, Woltemate S, Geffers R, Bremer B, Spielmann V, Kahlhöfer J, Kraft ARM, Schlüter D, Wedemeyer H, Cornberg M, Falk C, Vital M*, Maasoumy B*. 2025.  Distinct clusters of bacterial and fungal microbiota in end-stage liver cirrhosis correlate with antibiotic treatment, intestinal barrier impairment, and systemic inflammation. Gut Microbes. 17(1):2487209. * equal contribution
• Goldschmidt I, Kramer M, Junge N, Ouro-Djobo N, Poets A, Rathert M, Geffers R, Baumann U, Hartleben B, Schulze KD, Woltemate S, Vital M. 2025. Short-term and long-term development of gut microbiota in children after liver transplantation-A prospective observational trial. Liver Transpl. 2025 Jun 30. Epub ahead of print.
• Van-Wehle T, Vital M. 2024. Investigating the response of the butyrate production potential to major fibers in dietary intervention studies. NPJ Biofilms Microbiomes. 10(1):63.
• Happ E, Schulze K, Afrin Z, Woltemate S, Görner P, Ziesing S, Schlüter D, Geffers R, Winstel V, Vital M. 2024. Gut microbiota-derived butyrate selectively interferes with growth of carbapenem-resistant Escherichia coli based on their resistance mechanism. Gut Microbes. 16(1):2397058.
• Kircher B, Woltemate S, Gutzki F, Schlüter D, Geffers R, Bähre H, Vital M. 2022. Predicting butyrate- and propionate-forming bacteria of gut microbiota from sequencing data. Gut Microbes. 14(1):2149019.
• Vital M, Ruth T, Rath S, Pieper DH, Schlüter D. 2019. Diversity of bacteria exhibiting bile acid-inducible 7α-dehydroxylation genes in the human gut. Comput Struct Biotechnol J. 17:1016-19.
• Rath S, Ruth T, Pieper DH, Vital M. 2018. Pathogenic functions of host microbiota. Microbiome 6:174.
• Vital M, Karch A, Pieper DH. 2017. Colonic butyrate-producing communities in humans: an overview using Omics data. mSystems. 00130-17.
• Rath S, Heidrich B, Pieper DH, Vital M. 2017.  Uncovering the trimethylamine-producing bacteria of the human gut microbiota. Microbiome. 5:54.
• Vital M, Howe AC, Tiedje JM. 2014. Revealing the butyrate synthesis pathways from (meta)genomic data. mBio. 5(2);e00889-14.