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Bioinformatik der Individualisierten Medizin
Infektionen gehören zu den größten Bedrohungen für die Gesundheit und zu den bedeutendsten Todesursachen weltweit. Unser Ziel ist es, die genetischen Risikofaktoren für eine Infektionsanfälligkeit und die nachfolgenden molekularen Prozesse aufzuklären. Dies ist entscheidend, um Fortschritte beim Verständnis und bei der individuellen Behandlung von Infektionskrankheiten zu erzielen und die Identifizierung von Risikopatienten zu verbessern. Als Abteilung des HZI sind wir dem CiiM zugeordnet und sind derzeit am TWINCORE in Hannover beheimatet.
Angeborene Immunität und Infektion
Wenn Krankheitserreger in den Körper eindringen, werden sie erkannt und Abwehrsysteme des Körpers werden direkt aktiviert. Interferone sind Moleküle, die zu der ersten Abwehrlinie des Körpers zählen. Sie verhindern die Vermehrung und Ausbreitung von Viren im Körper und alarmieren das Immunsystem. Lesen Sie hier, wie wir versuchen, dieses System zu entschlüsseln, um neue Ansätze für die Prävention und Therapie von Infektionen zu finden.
Bioinformatik der Infektionsforschung
Die Abteilung “Bioinformatik der Infektionsforschung” erforscht mit computergestützten Techniken das menschliche Mikrobiom, virale und bakterielle Pathogene sowie menschliche Zelllinien anhand von großen biologischen und epidemiologischen Datensätzen. Durch die Analyse von Metaom-, Populationsgenom- und Einzelzellgenomdaten erzeugen wir experimentell überprüfbare Hypothesen, wie z.b. welche Veränderungen an Proteinen oder welche Gene assoziiert sind mit dem Auftreten einer Krankheit, von Antibiotikaresistenzen oder dem Ausweichen des Immunschutzes durch Pathogene. Wir arbeiten mit experimentellen Kollaborationspartnern zusammen, um unsere Erkenntnisse zu verifizieren und deren Translation in die medizinische Diagnostik und Behandlung zu fördern. Um die Forschungsziele zu erreichen, entwickelt die Abteilung auch neue Algorithmen und Bioinformatik-Software.
Antivirale Antikörper-Omics
Antikörper sind Schlüsselkomponenten des adaptiven Immunsystems und entscheidend für die Abwehr von Infektionskrankheiten. Ziel unserer Forschung ist ein besseres Verständnis der Mechanismen der Antikörper-vermittelten Schutzwirkung und dieses zur Entwicklung neuartiger und effektiverer Impfstoff- und Behandlungsstrategien für Infektionskrankheiten zu nutzen. Die Nachwuchsgruppe hat ihren Sitz am TWINCORE in Hannover.
Antiinfectiva aus Microbiota
Die Abteilung von Prof. Christine Beemelmanns fokussiert sich auf die Identifizierung und funktionelle Analyse von neuartigen anti-infektiven Naturstoffen aus mikrobiellen Gemeinschaften. Ko-kultivierungsstudien sowie Zell-basierte Assays in Kombination mit chemisch-analytischen und molekularbiologische Methoden werden zur Evaluierung neuer mikrobieller Naturstoff-Produzenten verwendet. Zur Strukturaufklärung der sekretierten Naturstoffe wendet die Gruppe etablierte und innovative metabolomische, aktivitäts- als auch Genom-geleitete Methoden an. Basierend auf den isolierten neuartigen Naturstoffen erfolgt die funktionale Analyse und Evaluierung ihres Wirkspektrums. Diese Gruppe hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) .
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).
