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Evolution von Krankheitserregern
Ökologische Wechselwirkungen bestimmen das menschliche Leben und sind hochdynamisch; ihre Veränderungen können weitreichende Folgen für die menschliche Gesundheit haben. Dadurch hat One Health auch eine ausgeprägte evolutionäre Komponente. In den letzten Jahrzehnten haben evolutionsbiologische Konzepte wesentlich dazu beigetragen, die kurz- und langfristige Dynamik der Entstehung und Ausbreitung von Krankheitserregern zu entschlüsseln. Die Bedeutung evolutionärer Ansätze wurde während der COVID-19-Pandemie besonders deutlich. Sowohl das anfängliche Auftreten als auch die spätere Ausbreitung und Evolution von SARS-CoV-2 wurden mit Hilfe der evolutionären Genomik untersucht – wobei die Entstehung der besorgniserregenden Varianten (variants of concern, VOC) in erster Linie durch Beobachtungsdaten und inferentielle Statistik nachgewiesen wurde. Die Abteilung Evolution von Krankheitserregern untersucht sowohl aktuelle als auch historische Proben und kann daraus gezielte Vorhersagen zur zukünftigen Verbreitung wichtiger Erreger ableiten und so einen wichtigen Beitrag zur öffentlichen Gesundheit leisten. Diese Abteilung hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für One Health .
Genom-Architektur und Evolution von RNA-Viren
RNA-Viren stellen eine ernsthafte Bedrohung für die Gesundheit des Menschen dar und sind für Millionen von Todesfällen jedes Jahr verantwortlich. Das RNA-Genom steuert die Replikation dieser Viren und kodiert für eine Vielzahl von viralen Proteinen, die für die erfolgreiche Infektion einer Wirtszelle essentiell sind. Klassischerweise konzentriert sich die Infektionsforschung darauf, die beteiligten Virusproteine in ihrer Funktion zu hemmen und dadurch deren Replikation zu unterbinden. Inzwischen weiß man jedoch, dass das RNA-Genom nicht nur als passiver Informationsträger für virale Proteine fungiert, sondern durch die Tätigkeit von nicht-kodieren RNAs aktiven Einfluss auf die Replikation nimmt. Wir untersuchen die Struktur und Funktion von viralen nicht-kodierenden RNAs, mit dem Ziel unsere neu gewonnenen Erkenntnisse für die Entwicklung von zukunftsweisenden RNA-basierten Therapieansätzen einzusetzen. Diese Gruppe hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI).
Einzelzellanalyse
Pathogene Bakterien können in ihrem Wirt zeitlebens verharren und trotz durchgehender Kontrolle durch das Immunsystem zu wiederkehrenden Infektionen führen. Die Mechanismen, wie sich ein Teil der Krankheitserreger der Kontrolle des Immunsystems entziehen und im Wirt ausbreiten kann, sind weitestgehend unverstanden. Unsere Arbeitsgruppe entwickelt hierfür Verfahren zur Transkriptom-Analyse von Einzelzellen, um den Mikrolebensraum einzelner Krankheitserreger besser verstehen und die funktionellen Auswirkungen auf den Verlauf von Infektionen analysieren zu können. Diese Gruppe hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI).
Dynamik respiratorischer Infektionen
Mehrere chronisch entzündliche Erkrankungen der Lunge wurden kürzlich mit Veränderungen in der Zusammensetzung des Mikrobioms der Atemwege in Verbindung gebracht. Darüber hinaus kann die Mikrobiota der Lunge nach ihrer Vorherrschaft entweder von proinflammatorischen Bakterien, wie Stämmen aus den Gattungen Staphylococcus, Pseudomonas und Haemophilus , oder von wenig stimulierenden Bakterien aus Gattungen wie Prevotella, Streptococcus und Veillonella klassifiziert werden. Darüber hinaus ist bereits bekannt, dass die kommensale Lungenmikrobiota die Aktivierung des Wirtsimmunsystems durch die Produktion zahlreicher struktureller Liganden und Metaboliten wie Lipopolysaccharid, Peptidoglykan und Sekundärmetaboliten beeinflussen kann. Die Interaktion zwischen der Lungenmikrobiota und dem Epithel der Atemwege sowie ihre Wechselwirkungen mit Lungenpathogenen sind jedoch noch nicht ausreichend erforscht.
Experimentelle Virologie
Viren sind winzige Vehikel, die biologische Informationen transportieren, um die Funktionen von menschlichen, tierischen oder pflanzlichen Zellen zu verändern, damit sie sich vermehren können. Sogenannte "umhüllte" Viren bestehen aus nur einer Schicht von Proteinen, sind mit genetischem Material gefüllt und von einer dünnen Hülle aus Lipiden umgeben, in die virale Proteine eingebettet sind. Obwohl Viren winzig und einfach gebaut sind, können virale Krankheitserreger wie das Hepatitis-C-Virus (HCV), das Respiratorische Synzytial-Virus (RSV) und SARS-CoV-2 die Gesundheit von Millionen von Menschen bedrohen. Die Forscher:innen am Institut für Experimentelle Virologie konzentrieren sich auf Grundlagenforschung und translationale Forschung von RNA-Viren. Unsere Forschungsgruppen kombinieren das Fachwissen molekularer und zellbiologischer Ansätze mit computergestützten Methoden, um die viralen Replikationsmechanismen aufzuklären und neue therapeutische und präventive Strategien zu entwickeln.
Experimentelle Infektionsforschung
Greift ein Virus unseren Organismus an, reagiert unser Immunsystem schnell und effizient. Es schüttet innerhalb von Stunden Botenstoffe aus, die über das Serum in den gesamten Körper gelangen. Besonders wichtige Botenstoffe bei dieser Abwehrreaktion des Organismus sind Interferone. Sie docken über Rezeptoren an die Oberfläche von Zellen an und aktivieren damit ein anti-Viren-Notprogramm der Zellen. Die Arbeitsgruppe Experimentelle Infektionsforschung hat ihren Sitz am TWINCORE in Hannover.
Chemische Biologie
Auf der Suche nach neuen Therapien gegen Krankheitserreger, fokussieren sich Wissenschaftler hauptsächlich auf chemische Wirkstoffe. Die drei Ziele, die wir am HZI in der Abteilung der Chemischen Biologie (CBIO) verfolgen, sind: Neue Wirkstoffe zu entdecken, deren Funktionsweisen aufzuklären und ihre Eigenschaften zu optimieren.
Biostatistik
Hochdurchsatz-Technologien liefern zwar schnell viele Daten, aber diese Flut hat auch Schattenseiten: Große Mengen biologischer und medizinischer Daten müssen erst zu Ergebnissen verarbeitet werden – mit statistischen Methoden und Modellen zur Analyse. Dabei sollen neue Konzepte aus der robusten, computergestützten Statistik und Visualisierungstechniken den Wissenschaftlern helfen, ihre Daten zu verarbeiten, besser zu verstehen und Hypothesen zu generieren und zu bestätigen. Die Projektgruppe „Biostatistik“ gehört zur Arbeitsgruppe „Zelluläre Proteomforschung“ von Lothar Jänsch.
Biomarker für Infektionskrankheiten
Die Arbeitsgruppe „Biomarker für Infektionserkrankungen“ arbeitet an der Identifizierung von präziseren diagnostischen und prognostischen Wirts-Biomarkern sowohl für Infektionserkrankungen als auch für die Verbesserung der Impfantwort. Die klinischen Ziele dieser Gruppe sind die Optimierung und Auswahl der effektivsten, individualisierten Behandlung frühestmöglich nach Erkrankung, um dadurch die Verwendung von Antibiotika zu rationalisieren (Verbesserung des verantwortungsvollen Umgangs mit Antiinfektiva, antiinfective stewardship) und die Behandlungserfolge zu erhöhen. Die Gruppe hat ihren Sitz am TWINCORE in Hannover.
Biologische Barrieren und Wirkstofftransport
Wer die kaum zu überblickende Flut von Medikamenten in den Apotheken betrachtet, dem fällt es schwer, an einen Medikamentenmangel zu glauben. Doch nach wie vor können viele Infektionskrankheiten oder auch Krebs nur unzureichend behandelt werden. Bei der medikamentösen Behandlung ist es besonders wichtig, dass der Wirkstoff im Körper auch an den richtigen Ort gelangt. Lesen Sie hier, wie die Abteilung „Biologische Barrieren und Wirkstofftransport“ mit Sitz am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) an der korrekten Verteilung neuer Arzneimittel im Körper forscht.
