Novel perspectives on human nasal microbiome interactions

Abstract

Dissertation gesperrt bis zum 15.09.2027

Obwohl das nasale Mikrobiom eine Barriere gegen Krankheitserreger bildet, ist es im Vergleich zu anderen humanassoziierten Mikrobiomen bislang relativ wenig erforscht. In dieser Arbeit, die eine Literaturübersicht über das letzte Jahrzehnt bietet, beginnen wir im ersten Kapitel mit der Analyse der Faktoren, die das nasale Mikrobiom formen – darunter wirtsbezogene Faktoren, Umweltfaktoren sowie mikrobielle Interaktionen. Zudem werden die potenziellen Anwendungen des nasalen Mikrobioms und die Variabilität in der technischen Ausführung der Proben-gewinnung und Proben-Analyse beleuchtet. Im zweiten Kapitel wird anhand experimenteller Arbeiten und naturstoffchemischer Analysen ein neuartiges anti-Staphylococcus Bakteriozin namens Casipalin beschrieben, das aus dem humanen Kommensalen Staphylococcus capitis isoliert wurde. Dieses neuartige Lipopeptid weist eine starke bakterizide Aktivität gegen Staphylococcus aureus auf, was auf sein Potenzial als therapeutischer Wirkstoff hinweist. Im dritten Kapitel werden bakterielle Nährstoffinteraktionen innerhalb des nasalen Mikrobioms beschrieben, wobei wir einen neuen taxonomischen Komplex innerhalb der Spezies Corynebacterium accolens identifizieren und zeigen, dass Mechanismen zur Eisenaufnahme ein zentrales Element für die Nischenanpassung dieses weit verbreiteten nasalen Kommensalen darstellen. Im vierten Kapitel analysieren wir die Verteilung biosynthetischer Gencluster in humanen, umwelt- und tierassoziierten Isolaten und heben die höhere Prävalenz bestimmter Bakteriozin-Klassen hervor. In den folgenden Kapiteln widmen wir uns den Interaktionen zwischen Wirt und Mikrobiom. Im fünften Kapitel konzentrieren wir uns auf das Zusammenspiel zwischen humanem IgA und dem nasalen Mikrobiom, einschließlich S. aureus. Im sechsten Kapitel werden wirtsassoziierte Fettsäuren untersucht, welche die Anpassung von S. aureus an Haut- und Nasenmikrobiome beeinflussen. Im abschließenden Kapitel präsentieren wir mithilfe von Metabolomik eine aktuelle Übersicht zur Zusammensetzung menschlicher nasaler Sekrete und zeigen interessante Muster von Wirts- und Bakterienmetaboliten in der nasalen Nische.

Although the nasal microbiome serves as a barrier against pathogens, it remains relatively less studied compared to other human-associated microbiomes. In this work, reviewing the literature from the past decade, we start in the first chapter by dissecting the factors that shape the nasal microbiome, from host-related factors, environmental factors, and microbial interactions. Also, we shed light on the potential applications of the nasal microbiome and the technical variability associated with its analysis. In the second chapter, employing experimental work and natural products chemistry, we describe a novel anti‑staphylococcal bacteriocin, casipalin, isolated from the human commensal Staphylococcus capitis. This novel lipopeptide displays potent bactericidal activity against Staphylococcus aureus, suggesting its potential as a therapeutic agent. In the third chapter, we explore bacterial nutritional interactions within the nasal microbiome as we identify a new taxonomic complex within the Corynebacterium accolens species and reveal that iron acquisition mechanisms are a cornerstone for the niche adaptation of this highly prevalent nasal commensal. In the fourth chapter, we investigate the distribution of biosynthetic gene clusters across human, environmental, and animal-associated isolates, highlighting the higher prevalence of certain bacteriocin classes. In the subsequent chapters, we delve into host–microbe interactions. For example, in the fifth chapter, we focus on the interplay between human IgA and the nasal microbiome, including S. aureus, while in the sixth chapter, we focus on host-associated fatty acids that shape the adaptation of S. aureus in the human skin and nasal microbiome. In the final chapter, employing metabolomics, we offer an update on the human nasal secretion composition, revealing interesting patterns of host and bacterial metabolites in the nasal niche.