Winzige Lebewesen, riesige Datenmengen

Gianni Panagiotou ist seit Jahresbeginn Professor für „Microbiome Dynamics“ der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Mit seiner Forschung am Exzellenzcluster „Balance of the Microverse“ unterstützt er das Vorhaben des Verbunds, Mikrobiome ganzheitlich zu verstehen und Muster zu identifizieren, die das Gleichgewicht mikrobieller Gemeinschaften bestimmen. 

Mikrobiome sind zusammenhängende Gemeinschaften, bestehend aus winzigen Lebewesen, wie Bakterien und Pilzen. Zudem sind sie überall: auf und in Menschen, Tieren und Pflanzen, aber auch Gewässer und andere Ökosysteme beheimaten die vielfältigen Einzeller. Um mikrobielle Gemeinschaften in ihrer Komplexität erforschen zu können, müssen große Datensätze analysiert und verarbeitet werden. In diesem Bereich erhält der Exzellenzcluster "Balance of the Microverse" nun Verstärkung durch den neu berufenen Professor Gianni Panagiotou.

Systembiologe mit internationaler Erfahrung

Der Systembiologe studierte zunächst Chemical Engineering an der Nationalen Technischen Universität in Athen, bevor er dort promoviert wurde. Sein weiterer Weg führte ihn über Dänemark nach Hong Kong – wo er noch immer als Honorarprofessor tätig ist – und schließlich ans Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI) Externer Linkin Jena. „Als klassisch ausgebildeter Chemieingenieur wurde ich darin geschult, Probleme zu lösen, indem ich die Prinzipien der Chemie, Biologie, Physik und Mathematik auf verschiedene Systeme anwandte. Aber es gibt kein anderes so faszinierendes und komplexes System wie das menschliche Mikrobiom, um dieses Wissen in der Praxis mit beispiellosen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit umzusetzen”, erzählt Panagiotou von den Motiven, die ihn in sein heutiges Forschungsfeld geführt haben.

Panagiotou erforscht mikrobielle Gemeinschaften, mit besonderem Fokus auf dem Darmmikrobiom des Menschen. „Wir integrieren Mikrobiom-, Mykobiom- und Metaomikdaten mit biochemischen und klinischen Daten, konstruieren hochmoderne Stoffwechselmodelle auf Genomebene und wenden Methoden des maschinellen Lernens an, um die Dynamik zwischen dem Wirt und den mit ihm verknüpften Bakterien und Pilzen zu verstehen“, sagt der 48-Jährige. In seinem neuen Umfeld am Microverse-Cluster wird Panagiotou die Forschung verschiedener Arbeitsgruppen im Cluster unterstützen und vorantreiben.

Wie Mikroorganismen die Gesundheit beeinflussen

Dabei kann er bereits auf mehrjährige Kooperationen aufbauen: Panagiotou leitet seit sechs Jahren die Forschungsgruppe „Systembiologie und Bioinformatik“ am Leibniz-HKI, die nun ebenfalls den Titel „Microbiome Dynamics“ trägt. Die Gruppe erforscht mit Hilfe systembiologischer und bioinformatischer Methoden, wie Mikroorganismen die Gesundheit beeinflussen. Das Team entwickelte beispielsweise ein Machine Learning-Modell zur Prognose von nichtalkoholischen Fettlebererkrankungen mit Hilfe des Darmmikrobioms. Zudem widmen sich Panagiotou und sein Team der Umweltmetagenomik – das heißt, sie untersuchen Proben, die direkt aus der Umwelt entnommen wurden. So analysierten sie etwa die mikrobiologische Zusammensetzung von Ablagerungen in der Küstenregion Hong Kong, um den Effekt von chemischer Verschmutzung auf das marine Ökosystem zu verstehen.

Panagiotou hat jedoch ein weitaus größeres Ziel vor Augen: „Wir zielen darauf ab, neuartige Maßnahmen zur personalisierten Vorsorge und Behandlung von weltweit bedeutenden Krankheiten wie Stoffwechselerkrankungen, Infektionen, Sepsis und Krebs zu entwickeln. Das ist nur in enger Zusammenarbeit mit Medizinern, Mikrobiologen und Biochemikern möglich. Somit bietet uns der Microverse-Cluster eine optimale Umgebung“, sagt der neue Professor.