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Tumor ist nicht gleich Tumor! Patient ist nicht gleich Patient! Neben krankheitsspezifischen Gegebenheiten spielen u.a. Lebensweise und eingenommene Medikamente eine entscheidende Rolle. Deshalb geht der aktuelle Trend zur personalisierten Krebstherapie. Dafür ist die Grundlagenforschung mit den dazugehörigen Erkenntnissen und möglichen Biomarkern essentiell. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Funktionen der miRs miR455, miR597 und miR660 und ihren Nutzen als Biomarker im OC näher zu betrachten. Zunächst wurde deutlich gezeigt, dass im OC Gewebe beide miR Stränge exprimiert werden. Im Serum ist hingegen nur ein miR Strang nachweisbar, sodass davon ausgegangen werden kann, dass auch nur dieser sekretiert wird. Der Einfluss der miR Stränge auf die typischen Tumoreigenschaften, wie Proliferation, Migration und Apoptose, scheint unabhängig vom Strangtyp zu sein. Dennoch konnten Korrelationen zwischen klinischen Parametern und einzelnen miR Strängen gezeigt werden. So spielen die miR Stränge unterschiedliche Rollen bei der Genexpression. Die untersuchten miRs eignen sich weniger als diagnostischer Biomarker, da eine Diagnose allein über ihre Serumkonzentration nicht ausreichend möglich ist. Aber die Menge exprimierter miR im Ovar kann eine Diagnose unterstützen und Aufschluss über das Ausmaß der Erkrankung geben. So exprimiert malignes OC Gewebe signifikant weniger miR455. Korrelationstests haben gezeigt, dass das Expressionslevel von miR455-5p, miR597-5p und miR660 eng mit dem Vorkommen von Fernmetastasen verbunden ist. Metastasen wurden diagnostiziert, wenn das Expressionslevel vergleichsweise niedrig war. Außerdem entwickelten Patientinnen mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Rezidiv bei niedriger miR660-3p Expression. Mit Hilfe einer entsprechenden Datenbank könnte man die Werte einer einzelnen Patientin im Vergleich betrachten und einen wahrscheinlichen Krankheitsverlauf vorhersagen. Eine frühzeitige Metastasensuche und eine engmaschigere Nachsorge bei besonders gefährdeten Patientinnen wäre ein erheblicher Fortschritt. Die untersuchten miRs gehören zur Gruppe der Tumorsuppressoren. Im OC Gewebe ist ihre Expression supprimiert. Dadurch können onkogene Proteine vermehrt translatiert werden und die tumorspezifischen Fähigkeiten erzeugen. Medizinisch ist es deshalb von großem Interesse das Gleichgewicht im miR Haushalt wiederherzustellen und damit dem malignen Krankheitsverlauf entgegenzuwirken. Erste Studien zum Ausgleich des miR Defizites sind bereits veröffentlicht. Eine Kombination von verschiedenen miRs wäre aufgrund der Komplexität der menschlichen Biologie auch denkbar. Die vorliegende Studie bildet ein weiteres Puzzelteil zum Verständnis der biologischen Zusammenhänge im OC. Zusammen mit zahlreichen Erkenntnissen aus Vergangenheit und Zukunft wird es möglich sein, Frauen mit OC eine bessere Heilungschance vorhersagen zu können.

Biorelevante In-vitro-Freisetzungsmodelle haben sich in den letzten Jahrzehnten als wichtiges Hilfsmittel in der Formulierungsentwicklung von sicheren und wirksamen Arzneimitteln etabliert. Sie werden in der frühen Phase der Formulierungsentwicklung eingesetzt, um das In-vivo-Freisetzungsverhalten von Arzneiformen besser abschätzen zu können und die Anzahl sowie das Risiko klinischer Studien zu reduzieren. Um das In-vivo-Freisetzungsverhalten fester oraler Darreichungsformen im Gastrointestinaltrakt (GIT) möglichst genau vorhersagen zu können, sollten biorelevante In-vitro-Freisetzungsmodelle die Bedingungen im menschlichen GIT oder Teile davon simulieren. Im Zuge der Entwicklung solcher Modelle mittels geeigneter Freisetzungsapparaturen, biorelevanter Freisetzungsmedien und adäquater Testdesigns wurde sich bisher vorrangig auf die Simulation der gastrointestinalen Physiologie eines gesunden „durchschnittlichen“ Erwachsenen fokussiert. Inter- und intraindividuelle Unterschiede sowie patientenspezifische Faktoren, wie etwa das Alter oder gewisse Erkrankungen, blieben bisher weitestgehend unberücksichtigt. Die Unterschiede zwischen Erwachsenen und Kindern sowohl hinsichtlich physiologischer Eigenschaften des GITs als auch bezüglich der Einnahmebedingungen von Arzneimitteln implizieren die Notwendigkeit der Entwicklung von In-vitro-Freisetzungsmodellen, welche speziell auf die pädiatrische Bevölkerungsgruppe zugeschnitten sind. Der Fokus dieser Arbeit lag auf der Entwicklung physiologie-basierter Modelle zur Vorhersage der Wirkstofffreisetzung im Gastrointestinaltrakt von Kindern unterschiedlicher Altersgruppen. Aufgrund der Heterogenität der pädiatrischen Bevölkerungsgruppe ist es höchst unwahrscheinlich, dass ein einziges In-vitro-Freisetzungsmodell in der Lage sein kann, relevante Unterschiede zwischen den Altersgruppen adäquat zu repräsentieren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher ein Konzept entwickelt, mit dessen Hilfe patientenspezifische In-vitro-Freisetzungsmodelle konfiguriert werden können, welche die Simulation unterschiedlicher Altersgruppen sowie unterschiedlicher Verabreichungsbedingungen ermöglichen. Mit dem Hauptaugenmerkt auf der Entwicklung geeigneter pädiatrischer Freisetzungsmedien, welche die Bedingungen im pädiatrischen GIT simulieren, wurde ein In-vitro-Baukastensystem konzipiert, anhand dessen individuelle pädiatrische Freisetzungsmedien zur Simulation des nüchternen sowie postprandialen Magens oder Dünndarms generiert werden können. Im ersten Teil der Arbeit wurden auf der Grundlage aktueller In-vivo-Daten bezüglich der gastrointestinalen Physiologie von Kindern eine Reihe neuer biorelevanter Medien entwickelt, welche die Zusammensetzung und die physikochemischen Eigenschaften der nüchternen Magen- und Dünndarmflüssigkeit bei Kindern verschiedener Altersgruppen, beginnend mit den Neugeborenen bis hin zu den Jugendlichen, nachahmen. Aufgrund der Unterschiede in den In-vivo-Daten zwischen den verschiedenen Altersgruppen wurden sieben verschiedene Medien entwickelt. Fünf Medien repräsentieren die nüchternen Magenflüssigkeiten der fünf einzelnen Altersgruppen (Simulated Paediatric Resting Gastric Fluids, SPRGFs) und zwei Medien repräsentieren die nüchternen Dünndarmflüssigkeiten (Simulated Paediatric Resting Small Intestinal Fluids, SPRSIFs). Diese neuen Medien beruhen auf bisher bekannten Informationen bezüglich der Bedingungen im GIT von gesunden Kindern und bilden somit einen optimalen Ausgangspunkt für die Entwicklung biorelevanter pädiatrischer Freisetzungsmedien. Patientenspezifische Faktoren, u.a. Erkrankungen, können die morphologischen und physiologischen Gegebenheiten des GITs und folglich auch das In-vivo-Freisetzungsverhalten einer peroral verabreichten Darreichungsform stark beeinflussen. Da Unterernährung in der pädiatrischen Population ein weltweit verbreitetes Gesundheitsproblem darstellt und mit einer umfassenden medikamentösen Therapie einhergeht, wurden im Rahmen der Arbeit die aktuell verfügbaren Kenntnisse zu anatomischen und physiologischen Besonderheiten im Gastrointestinaltrakt von mangelernährten Kindern zusammengefasst. Es konnten einige Veränderungen im GIT von unterernährten Kindern im Vergleich zu gesunden Kindern identifiziert werden, welche als Grundlage für die Entwicklung biorelevanter patientenspezifischer Freisetzungsmodelle dienen könnten. Hierzu zählen u.a. eine verminderte Speichelsekretion; eine verminderte Magensäuresekretion, einhergehend mit erhöhten Magen-pH-Werten; eine verminderte Gallensalzkonzentration im Dünndarm sowie verminderte Enzymkonzentrationen im Magen und Dünndarm. Allerdings verdeutlicht die in dem Übersichtsartikel diskutierte Datenlage, dass es für unterernährte Kinder noch immer einen großen Mangel an In-vivo-Daten bezüglich der Zusammensetzungen und physikochemischen Eigenschaften gastrointestinaler Flüssigkeiten gibt. Da ein Verständnis der in vivo vorherrschenden Bedingungen für die Entwicklung patientenspezifischer Freisetzungsmodelle unabdingbar ist, sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um die im Übersichtsartikel aufgezeigten Wissenslücken zu füllen. Ein weiterer Aspekt der Arbeit lag in der Simulierung postprandialer Bedingungen im GIT von Kindern. Für diesen Zweck wurden typische Frühstücksmahlzeiten von Kindern in verschiedenen Regionen der Welt identifiziert, zubereitet, homogenisiert und ihre physikochemischen Eigenschaften ermittelt. Anschließend wurden simulierte pädiatrische Frühstücksmedien (Simulated Paediatric Breakfast Media, SPBM) entwickelt, welche die Zusammensetzungen und Eigenschaften der jeweiligen ursprünglichen Frühstücke nachahmen. Die neuen Medien SPRGFs und SPRSIFs sowie die SPBM stellen einzelne Bestandteile des in dieser Arbeit entwickelten In-vitro-Baukastensystems dar und bilden die Grundlage für die Entwicklung von komplexeren pädiatrischen In-vitro-Freisetzungsmedien zur Simulation der intraluminalen Bedingungen nach der Einnahme einer oralen Darreichungsform mit einem Glas Wasser, einer Mahlzeit oder gegebenenfalls einem Applikationsvehikel. Mittels Kombination der SPRGFs und SPRSIFs mit beispielsweise Wasser, Formulanahrung oder SPBM können die prä- und postprandialen Bedingungen im GIT von Kindern unterschiedlicher Altersgruppen simuliert werden. Das neu entworfene Baukastensystem wurde im nächsten Schritt verwendet, um ein In-vitro-Freisetzungsmodell zu gestalten, welches verschiedene Verabreichungsbedingungen bei Vorschulkindern nachahmen sollte. Mithilfe des Freisetzungsmodells wurde die Wirkstofffreisetzung aus fünf verschiedenen Arzneiformen untersucht. Des Weiteren wurden vergleichende Freisetzungsversuche mit einem altersgerechten, herunterskalierten Volumen an Ensure® Plus durchgeführt, um festzustellen, ob ein Medium, welches eine standardisierte Frühstücksmahlzeit von Erwachsenen simuliert, für die Vorhersage von Nahrungsmitteleffekten in der ausgewählten Altersgruppe geeignet wäre. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Bedingungen im nüchternen GIT als auch die Zusammensetzungen und Eigenschaften von typischen kindgerechten Mahlzeiten einen großen Einfluss auf die Wirkstofffreisetzung aus oralen pädiatrischen Darreichungsformen haben können. Des Weiteren ergaben sich erhebliche Unterschiede in den Ergebnissen der Freisetzungsuntersuchungen mit Ensure® Plus. Dies verdeutlicht die Relevanz der Simulation patientenspezifischer Merkmale, anstatt bestehende In-vitro-Modelle für Erwachsene herunterzuskalieren. Das neu entwickelte biorelevante In-vitro-Freisetzungsmodell für die Simulation verschiedener Verabreichungsbedingungen bei Vorschulkindern erwies sich als vielversprechendes Werkzeug zur Abschätzung des In-vivo-Freisetzungsverhaltens von oralen Darreichungsformen bei Kindern dieser Altersgruppe. Der letzte Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der Entwicklung biorelevanter In-vitro-Freisetzungsmodelle, welche die Co-Verabreichung einer Arzneiform mit unterschiedlichen Applikationsvehikeln simulieren. Diese Art der Verabreichung stellt eine Besonderheit bei Kindern dar, bei der die jeweilige Arzneiform vor der Applikation mit kleinen Mengen an Lebensmitteln gemischt wird. Um den Einfluss der Applikationsvehikel auf das In-vivo-Freisetzungsverhalten oraler Darreichungsformen möglichst umfassend einschätzen zu können, ist neben einem geeigneten In-vitro-Freisetzungsmodell eine fundierte Vorauswahl an Vehikeln notwendig, bei der die unterschiedliche Zusammensetzung und die physikochemischen Eigenschaften der Vehikel berücksichtigt werden. Um einen ersten Überblick über die Variabilität der Eigenschaften unterschiedlicher Applikationsvehikel zu erhalten, wurde eine umfassende physikochemische Charakterisierung verschiedenster Vehikel durchgeführt und die Ergebnisse in einer Datenbank, welche Informationen zu der Zusammensetzung und den physikochemischen Eigenschaften von 82 Vehikeln enthält, vereint. Darüber hinaus wurden zwei parallel zum Baukastensystem entwickelte In-vitro-Freisetzungsmodelle vorgestellt, welche die Untersuchung der Co-Verabreichung von zwei verschiedenen Darreichungsformen mit häufig verwendeten Vehikeln zum Ziel hatten. Während der Fokus des ersten Modells auf der Simulation der Magenbedingungen von Klein-, Vorschul-, und Schulkindern lag, war im zweiten Modell bereits die Simulation der Magen- und Dünndarminhalte von Klein- und Vorschulkindern implementiert. Diese Modelle können zukünftig unter Verwendung der neu entwickelten Medien an die physiologischen Gegebenheiten im GIT von Kindern unterschiedlicher Altersgruppen angepasst werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das im Rahmen dieser Arbeit neu konzipierte und entwickelte Baukastensystem ein Grundgerüst für die Entwicklung biorelevanter Freisetzungsmedien darstellt, mit dem verschiedene Verabreichungsszenarien im prä- und postprandialen Zustand sowie nach Co-Verabreichung mit Applikationsvehikeln adressiert werden können. Die somit individuell konfigurierbaren Freisetzungsmedien können wiederum als integraler Bestandteil von biorelevanten In- vitro-Freisetzungsmodellen fungieren, welche im Vergleich zu bisherigen Modellen eine genauere Simulation der gastrointestinalen Bedingungen von Kindern unterschiedlicher Altersklassen ermöglichen und folglich der besseren Prognose des In-vivo-Freisetzungsverhaltens oraler Arzneiformen, insbesondere mit schlecht löslichen Wirkstoffen, dienen.

Die Entwicklung von Darreichungsformen stellt eine Kernaufgabe der pharmazeutischen Technologie dar. Im besten Fall folgt sie aktuellen Erkenntnissen aus diversen medizinischen und technischen Bereichen, um mit immer fortschrittlicheren Methoden für eine gezieltere, sicherere und spezifisch auf den Patienten und den Applikationsort abgestimmte Arzneimitteltherapie zu sorgen. Dies führt dazu, dass dem pharmazeutischen Technologen ein stetig wachsendes Repertoire an Herstellungsprozessen und Untersuchungsmethoden zur Verfügung steht, aus dem auch durch anschließende Weiterentwicklung, innovative Darreichungsformen und Hilfsmittel entwickelt werden können. Der 3D-Druck stellt eine dieser Technologien dar und erlaubte im ersten Teil dieser Arbeit die Herstellung flexibler und faltbarer Darreichungsformen aus verschiedenen thermoplastischen Polyurethanen. Das manuelle Falten der unterschiedlichen Geometrien in eine Gelatinekapsel erlaubte eine Reduktion der äußeren Dimensionen und damit funktionell grundsätzlich eine orale Applikation. Die Kombination der flexiblen und gefalteten Objekte mit einer Kapsel führte zu einem hybridem Formgedächtnissystem, welches sich durch den Erhalt der komprimierten (Sekundär-) Struktur bis zum Lösen der Kapselhülle auszeichnete. Die durchlaufenen Formveränderungen konnten mit einer dafür entwickelten Testapparatur beobachtet und quantifiziert werden, um material- und formabhängige Einflüsse auf das Ausfaltungsverhalten untersuchen zu können. Die hier getesteten Formen Kleeblatt, Feder, Wafer, Ring und Fenster hatten einen Einfluss auf die Expansionszeit und die Dimensionswiederherstellung, also dem Grad des Wiedererreichens der ursprünglich 3D-gedruckten Form nach Faltung. Wiedererwarten hatte die Shore-Härte der verwendeten thermoplastischen Polyurethane einen nur geringen Einfluss auf diese Werte. Vielmehr schien eine höhere Wandstärke der Objekte für eine erhöhte Steifigkeit zu sorgen, die für ein schnelles Verlassen der Kapseln und eine vollständigere Expansion sorgte. Der flexible Charakter dieser Darreichungsformen könnte neben der möglichen Expansion auf Dimensionen größer als der geöffnete Pylorus, einen neuen mechanistischen Ansatz zum Erreichen von Gastroretention darstellen, welcher auf Beobachtungen aus Untersuchungen mit einem simulierten Antrum basiert. Hierfür müssen jedoch gerade hinsichtlich der Materialauswahl und der zwingend notwendigen Magenentleerung weitere Untersuchungen angestellt werden. Eine im zweiten Teil dieser Arbeit entwickelte Spinnapparatur zur Herstellung pharmazeutischer Fäden und Garne stellte eine weitere Möglichkeit dar, flexible und elastische Darreichungsformen oder Komponenten dieser zu entwickeln. Dazu wurde ein dreiteiliges System aus Schmelzextruder, Verstreckeinheit und eigentlicher Spinnapparatur zur Herstellung eines aus Polyvinylalkohol und Glycerol als Weichmacher bestehenden multifilen Garns verwendet. Eine eigens entwickelte 90° - Umlenkung mit Lochplatte aus Edelstahl erlaubte die Extrusion der aufgeschmolzenen Pulvermischung Richtung Verstreckeinheit, die die haarartigen Filamente durch Verstreckung weiter verfeinerte. Die ebenfalls mit 3D-gedruckten Komponenten designte Spinnapparatur folgte in ihrem Prinzip einem typischen Spinnrad und verspann die Einzelfäden zu einem Garn. Durch die hygroskopischen Eigenschaften des Polyvinylalkohols und Glycerols hatten Lagerbedingungen und Lagerungszeit einen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften des Garns. Erhöhte Feuchtigkeit führte zu sinkender Reißkraft und höher werdender Verstreckungstendenz. Eine Lagerung über ein Jahr bei niedriger Luftfeuchtigkeit führte sogar zu einer Erhöhung der Reißkraft, bei haptisch bleibender Flexibilität des Garns. Mit der Durchführung einer dreiarmigen MRT-Studie konnte schließlich auch ein Beitrag zur Gewinnung wichtiger biopharmazeutischer Erkenntnisse geleistet werden, die für das Verständnis von Verteilungsprozessen von Substanzen im Gastrointestinaltrakt und damit auch für die Entwicklung zukünftiger Darreichungsformen relevant sind. Durch Zusatz von Mangan(II)-gluconat als Marker und hydrophiler, jedoch schlecht absorbierbarer Modellsubstanz zu Trinkwasser, konnte der Verlauf der oral eingenommenen Lösung durch den Gastrointestinaltrakt mittels T1-gewichteter MRT-Sequenzen beobachtet werden. Dies erlaubte eine Differenzierung zwischen oral eingenommener Lösung und im Körper vorhandener sekretierter Flüssigkeit. Sowohl nüchtern als auch nach Einnahme einer niedrig- und hochkalorischen Testmahlzeit erfolgte die Magenentleerung und Verteilung der Mangan(II)-Ionen in ähnlicher Weise. Eine Verteilung im Dünndarm war meist bereits nach 30 Minuten abgeschlossen. Diese Ergebnisse lassen annehmen, dass die in der Literatur bereits bekannte Magenstrasse im Dünndarm fortgesetzt wird (Darmstrasse) und Flüssigkeiten am Nahrungsbrei vorbeifließen, bis sie durch die hohe Absorptionskraft und große Oberfläche des Dünndarms aufgenommen werden. Konsekutive Dünndarmpassagezeiten durch die verschiedenen Abschnitte des Dünndarms von mehreren Stunden, wie sie bei in silico-Modellen üblicherweise angenommen werden, lassen sich anhand dieser Daten nicht bestätigen. Möglicherweise ist unter anderem ein beschleunigter intestinaler Transport gelöster Substanzen im postprandialen Zustand eine Ursache, für die insbesondere bei Arzneistoffen mit Resorptionsfenstern im oberen Dünndarm beobachteten, verringerten Bioverfügbarkeiten bei Einnahme zusammen mit Nahrung (negative Food-Effekte).

The proteasome is one of the major cellular protein degradation systems. The respective substrates include cell cycle regulators, kinases, transcription factors, antigens and enzymes. As such the proteasome plays a major role in cell function, survival and proliferation. Another key target of the proteasome are damaged and misfolded proteins as well as those proteins that are no loner required. Therefore, the proteasome is key in maintaining proteostasis, which describes the balance between the synthesis of new proteins and the removal of damaged, old and misfolded ones. Several factors such as ageing, disease and certain medications can impair proteasome function and thus disturb cellular proteostasis. The current work focused on novel genetic mutations in the various subunits constituting the proteasome. The proteasomal mutations were found to cause two very distinct disease phenotypes, PRAAS (an autoinflammatory disorder) and NDD (neurodevelopmental delay). The novel mutations discussed in this work were found to impair proteasome function through a variety of mechanisms and lead to decreased proteolytic capacity in the cells of the patients, resulting in a disturbance of cellular proteostasis and disease manifestation.

Respiratory infections are associated with high morbidity and mortality rates worldwide and represent a large burden for healthcare systems. Every year, millions of people die from diseases that are associated with bacterial or viral infections, such as pneumonia. The prevention and treatment of these respiratory infectious diseases is thus a major challenge for our time. Recent research has revealed strong links between the gastrointestinal microbiome and a variety of diseases. While this body of work suggests that a host’s microbiome plays an important role in protection against pathogenic agents, maintenance of immune homeostasis, and acquiring nutrients, our understanding of how infections affect the taxonomic and especially functional composition of the microbiome, remains in its infancy. The aim of this dissertation was to characterize the influence of monocausal respiratory infections on the structure and function of the gastrointestinal microbiome using Metaproteomics. This was done in two different biomedical models. First, infection experiments were performed in swine, a relevant natural pathogen-host system, and second, in an experimental murine infection model. Each animal model has specific advantages that allow to address different concerns. The porcine model allowed individual longitudinal characterization of the gastrointestinal tract microbiome during Influenza A virus (IAV) infection over a 30-day period (paper II), while the identification of pathogen-specific signatures during pneumonia could be performed in the murine model (paper III). As a starting point, a robust multi-omics pipeline for fecal samples that allowed standardized and reproducible analysis of porcine and murine samples was established (Paper I). Of major importance was the contact-free homogenization step for pulverization of permanently frozen fecal samples. This process helped to reduce local effects and increase the comparability of the samples, as the exact same homogenizedmaterial could now be used for each omics technique. The omics analyses were subsequently optimized with protocols designed for the extraction of specific target molecules. This significantly reduced the amount of sample required per analysis, without compromising the quality of the results. Taxonomic characterization of the microbiome from healthy and infected animals revealed commonalities as well as differences across model organisms’ intestinal microbiome compositions. One of the most prominent similarities was the dysbiosis of the gastrointestinal microbiome induced by respiratory infection. This dysbiosis was evident in an alteration of the Firmicutes/Bacteroidetes ratio in both the porcine and murine model. Longitudinal characterization of the porcine intestinal microbiome demonstrated that animals exhibited low interindividual variance and that the gastrointestinal microbiome was subject to natural dynamics. The low interindividual variance enabled the identification of consistent infection-related changes in the longitudinal development of the microbiome (paper II). Thus, IAV-induced dysbiosis of the microbial community was reflected at the taxonomic level in decreased abundance of Lachnospiraceae, Clostridiaceae, Veillonellaceae, and Selenomonadaceae, with concomitant increases in Prevotellaceae and Bacteroidaceae. In addition, the Lactobacillaceae family showed an opposite trend over time when comparing healthy and IAV-infected swine. Complementing the longitudinal data from the porcine model, we used the mouse model to characterize the effects of bacterial and viral induced pneumonia on the intestinal microbiome (paper III). Independent of the pathogen, we detected increased abundance of Desulfovibrionaceae and Odoribacteraceae during pneumonia. In contrast, the abundance of Prevotellaceae, Tannerellaceae, and Eubacteriaceae declined during bacterial and viral infection. Furthermore, the identification of pathogen specific signatures was possible, which was evident in pathogen-dependent differentiation of the intestinal microbiomes. Thus, during pneumococcal pneumonia, increased abundance of Akkermansiaceae and Spirocheataceae was detected with simultaneously reduced Clostridiaceae, whereas IAV infection resulted in an increased abundance of Staphylococcaceae. In addition to taxonomic profiling, the impact of respiratory infections on the functional composition of the intestinal microbiome of swine and mice was investigated. Despite variation in their influence on the taxonomic composition at family level, similar effects of respiratory infections on functional composition were found in both models. In mouse and swine, IAV infection resulted in increased expression of protein groups involved in the synthesis of short-chain fatty acids. This commonality across models suggests that short-chain fatty acids play an important role during respiratory infection and recovery. Analysis of the data obtained from the porcine experiments revealed that the functional composition of the healthy intestinal microbiome exhibited a largely steady state despite some temporal taxonomic dynamics. This result indicated functional redundancy within the microbiome of healthy pigs. Nevertheless, IAV infection resulted in dysbiosis of this stable state. This was reflected by a significant increase in the expression of proteins involved in the transport and metabolism of amino acids and carbohydrates, as well as proteins involved in the production of short-chain fatty acids. Finally, the influence of bacterial and viral infections on the functional composition of the murine intestinal microbiome was also investigated (paper III). Based on the pathogen-specific profiles observed with metaproteomics, it was possible to distinguish between viral and bacterial infections. For example, bacterial colonization and infection resulted in similar functional profiles, with comparable infection driven effects on the intestinal microbiome. However, the alterations in the expression profile in the microbiome of mice colonized with pneumococci were less pronounced than during acute bacterial pneumonia. In contrast, viral infection caused a significantly different functional profile. An exclusive feature of bacterial pneumonia was the decreased expression of proteins associated with energy metabolism (e.g., ATPases) with concomitant increased abundance of transporters or secretory channels (e.g., OmpA, TonB, TolA). In contrast, increased expression of proteins assigned to the ATPase complex were characteristic of viral infections. The data generated in this work provided new insights into the impact of monocausal infections on the taxonomic and functional composition of the microbial community of the gastrointestinal tract. These results may serve as a basis for future research on co-infections. Furthermore, the identification of pathogen specific signatures represents a promising observation for clinical setup.