WIM

Host and Microbe Group (HMG) to interdyscyplinarny zespół badawczy skoncentrowany na układzie odpornościowym, mikrobiocie człowieka oraz rozwoju spersonalizowanej medycyny translacyjnej opartej na indywidualnym profilowaniu multi-omicznym pacjentów. W swoich badaniach obejmuje m.in. analizy genetyczne i immunologiczne, oraz funkcjonalne badania mikrobiomu.

Główny obszar badań:

Oś gospodarz–dieta–mikrobiota-metabolizm–układ odpornościowy-układ nerwowy

Działalność grupy obejmuje badania immunologiczne i genetyczne, oraz badania mikrobiomów celem stworzenia diagnostyki oraz terapii medycyny personalnej. Zespół skupia się również na implementacji rozwoju metod bioinformatycznych oraz integracji danych multi-omicznych z wykorzystaniem uczenia maszynowego (ang. machine learning, ML). Celem tych działań jest systemowe poznanie złożonych interakcji biologicznych i ich przełożenie na praktykę diagnostyczną i terapeutyczną np. w postaci terapii kombinowanych (ang, combinatorial immunotherapies), łączących immunoterapie, terapie komórkowe oraz interwencje ukierunkowane na dietę i mikrobiom.

Jedna z metod rozwijanych w ramach prac Host and Microbe Group (HMG) jest kulturomika – metoda służąca do pozaustrojowych badań funkcjonalnych mikrobiomu, ze szczególnym naciskiem na badanie wpływu diety, prebiotyków, probiotyków oraz leków na mikroorganizmy jelitowe. W ramach tych prac zaplanowane są hodowlę drobnoustrojów pozyskanych z ludzkich mikrobiomów, do zaprojektowania i izolacji zdefiniowanych konsorcjów mikroorganizmów oraz postbiotyków o ściśle określonych funkcjach biologicznych, stanowiących podstawy terapii mikrobiotycznych nowej generacji.

Grupa prowadzi również podstawowe badania naukowe – projekty dotyczące rozwoju układu odpornościowego niemowląt, interakcji układu odpornościowego z mikrobiomem, ekologii odporności, immunologii ewolucyjnej, paleobiologii oraz wpływu środowiska (w tym diety), na homeostazę immunologiczną.

OSOBY

Marcin Pękalski łączy immunologię, biologię systemową i ewolucyjną, ekologię oraz technologie omiczne, aby badać złożone interakcje pomiędzy dietą, mikrobiomem człowieka i układem odpornościowym. W swoich pracach wykorzystuje funkcjonalne profilowanie układu odpornościowego oparte na technikach single-cell omics, analizy repertuaru V(D)J, profilowanie autoprzeciwciał, immunopeptydomikę oraz funkcjonalne badania mikrobiomu z użyciem metod omicznych (m.in. metagenomiki, proteomiki i kulturomiki) oraz organoidów.

Jego nadrzędnym celem jest stworzenie programów personalizowanych terapii kombinowanych (ang. combinatorial immunotherapies), łączących immunoterapie, terapie komórkowe oraz interwencje ukierunkowane na dietę i mikrobiom jako narzędzia medycyny precyzyjnej oraz opracowanie strategii prewencji chorób autoimmunologicznych i neurozapalnych u dzieci na bardzo wczesnym etapie choroby u dzieci obarczonych ryzykiem rozwoju tych schorzeń.

Piotr Bartochowski koncentruje się na funkcjonalnych badaniach mikrobiomu, w tym na rozwoju kulturomiki i hodowli ciągłych (ang. continious culture), w szczególności do badania wpływu diety na mikroorganizmy jelitowe skupiając się na, izolacji szczepów, hodowli i projektowaniu zdefiniowanych konsorcjów bakteryjnych o określonych funkcjach biologicznych, oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe (ang. Antimicrobial Resistance, AMR) w celach rozwoju terapii przeszczep mikrobioty jelitowej (ang. Fecal Microbiota Transplantation, FMT) nowej generacji.

Jego prace ukierunkowane są na rozwój medycyny spersonalizowanej, w której interwencje dietetyczne i terapie mikrobiomowe będą precyzyjnie dopasowane do indywidualnego profilu pacjenta.

Małgorzata Mierzejewska zajmuje się nowoczesnymi modelami badawczymi ograniczającymi wykorzystanie zwierząt, takimi jak modele in silico, organs-on-a-chip oraz organoidy. Podejścia te pozwalają na badanie reakcji narządów i układów (z naciskiem na zmiany epigenetyczne) na leki oraz bodźce środowiskowe, epigenetykę w sposób bardziej etyczny i precyzyjny, wspierając rozwój nowoczesnej biomedycyny.

Daniel Pysz wykorzystuje narzędzia bioinformatyczne do analizy mikrobiomu, badając interakcje oraz sieci metaboliczne pomiędzy mikroorganizmami zasiedlającymi przewód pokarmowy człowieka. Jego prace maja za zadanie przyczynić się do lepszego zrozumienia funkcjonowania ekosystemu jelitowego w kontekście medycyny personalizowanej.

W skład zespołu wchodzą:

• dr Marcin Pękalski – KIEROWNIK
• dr n. biol. Piotr BARTOCHOWSKI
• mgr inż. Małgorzata MIERZEJEWSKA
• Daniel PYSZ (computational biologist)
• dr Dominik TRZUPEK (ML advisor)

Host and Microbe Group (HMG) is an interdisciplinary research team focused on the immune system, the human microbiota, and the development of personalised translational medicine based on individualised multi-omic profiling of patients, including genetic analyses, immunological analyses, and functional microbiome studies.

Primary research area:
Host–diet–microbiota–metabolism–immune system–nervous system axis

The group’s activities include immunological, genetic and microbiome research aimed at developing diagnostics and therapies for personalised medicine. The team also focuses on the implementation and development of bioinformatic methods and the integration of multi-omic data for machine learning (ML), with the goal of achieving a systems-level understanding of complex biological interactions and translating this knowledge into diagnostic and therapeutic practice, for example in the form of combinatorial immunotherapies that combine immunotherapies, cell therapies, and diet- and microbiome-targeted interventions.

One of the methods being developed within Host and Microbe Group (HMG) is culturomics, a method used for ex vivo functional studies of the microbiome, with particular emphasis on investigating the effects of diet and probiotics on gut microorganisms. This work includes the culturing of microorganisms isolated from human microbiomes, as well as the design of defined microbial consortia and postbiotics with precisely defined biological functions, in order to develop next-generation microbiota-based therapies.

The group also conducts basic research, including projects on infant immune system development, immune system–microbiome interactions, immunoecology, evolutionary immunology, palaeobiology, and the impact of the environment, including diet, on immune homeostasis.

PEOPLE

Marcin Pękalski integrates immunology, systems biology, evolutionary biology, ecology, and omics technologies to investigate the complex interactions between diet, the human microbiome, and the immune system. In his work, he employs functional immune profiling based on single-cell omics techniques, V(D)J repertoire analysis, autoantibody profiling, immunopeptidomics, and functional microbiome studies using omics approaches, culturomics, and organoids.

His overarching goal is to develop personalised combinatorial immunotherapy programmes combining immunotherapies, cell therapies, and diet – and microbiome-targeted interventions as tools of precision medicine, and to develop strategies for the prevention of autoimmune and neuroinflammatory diseases in children at the earliest possible stage, particularly in those at increased risk of developing these conditions.

Piotr Bartochowski focuses on functional microbiome research, including the development of culturomics, with particular emphasis on investigating the effects of diet on gut microorganisms. His work centres on strain isolation, cultivation, and the design of defined bacterial consortia with specific biological functions, as well as antimicrobial resistance (AMR) analyses, with the aim of developing next-generation faecal microbiota transplantation (FMT) therapies.

His research is directed towards the advancement of personalised medicine, in which dietary interventions and microbiome therapies are precisely tailored to the individual patient profile.

Małgorzata Mierzejewska works on advanced research models that reduce the use of animals, such as in silico models, organs-on-chips, and organoids. These approaches make it possible to investigate the responses of organs and biological systems to drugs, environmental stimuli, and epigenetic factors in a more ethical and precise manner, thereby supporting the development of modern biomedicine.

Daniel Pysz uses bioinformatic tools for microbiome analysis, investigating interactions and metabolic networks among microorganisms inhabiting the human gastrointestinal tract. His work aims to contribute to a better understanding of gut ecosystem function in the context of personalised medicine.

The group consists of:

• dr Marcin Pękalski – TEAM LEADER
• dr n. biol. Piotr BARTOCHOWSKI
• mgr inż. Małgorzata MIERZEJEWSKA
• Daniel PYSZ (computational biologist)
• dr Dominik TRZUPEK (ML advisor)