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Antivirale und Antivirulenzwirkstoffe
Die Arbeitsgruppe von Martin Empting konzentriert sich darauf innovative und herausfordernde Zielmolküle für Antiinfektiva zu adressieren. Darunter befinden sich bakterielle Regulationssysteme sowie bisher wenig erforschte Persistenz-vermittelnde herpesvirale Effektorproteine. Auf diesem Wege wollen wir verbreitete Resistenzmechanismen aushebeln und die schmale Wirkstoffentwicklungspipeline im Bereich der Antiinfektiva erweitern. Diese Gruppe hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) .
Experimentelle Immunologie
Immunzellpopulationen zeichnen sich durch ein hohes Maß an Heterogenität aus, um effiziente und spezialisierte Reaktionen auf die vielfältigen Krankheitserreger zu ermöglichen. Dies gilt insbesondere für Zellen des adaptiven Immunsystems, aber auch Immunzellpopulationen des angeborenen Immunsystems sind heterogen und können sich an unterschiedliche Bedingungen anpassen. Die Anpassung von Immunzellen ist häufig mit epigenetischen Veränderungen assoziiert, die zur Fixierung von Genexpressionsmustern führen und schließlich zu Zellen mit hochspezialisierten Phänotypen und funktionellen Eigenschaften führen.
Evolutionäre Gemeinschaftsökologie
Der Mensch ist zunehmend Teil der Interaktionsnetze und die Übertragung von Krankheitserregern vom Tier auf den Menschen nimmt zu. Tatsächlich stellen neu auftretende Zoonosen eine zunehmende Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. Die meisten dieser Krankheiten haben ihren Ursprung in Wildtieren. Mikroorganismen und die mit ihnen verbundenen Krankheiten beeinflussen auch das Fortbestehen und die Erhaltung von Tierpopulationen. Gelegentlich werden Krankheitserreger auch vom Menschen auf Tiere übertragen. Die Forschungsgruppe „Evolutionäre Gemeinschaftsökologie“ untersucht, wie sich die veränderte Zusammensetzung von Tiergemeinschaften kaskadenartig auf ihre mikrobiellen Gemeinschaften, Krankheiten und Übertragungsraten auch auf den Menschen auswirkt. Diese Abteilung hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für One Health .
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.
