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Rekodierungsmechanismen in Infektionen
Verschiedene Virustypen wie Ebola, Influenza und HIV besitzen ein extrem kleines Genom, bei welchem RNA als genetisches Material verwendet wird. Damit ihre Gene von der Translationsmaschinerie des Wirtes in eine Vielzahl von Genprodukten umgeschrieben werden, haben sich verschiedene Strategien zu alternativer Translation entwickelt. Hierzu gehören unter anderem das Überlesen von Stopcodons oder die Verwendung alternativer ribosomaler Eintrittstellen (non-IRES initiation) und ribosomaler Rasterverschiebungen (Frameshifting). Interessanterweise werden diese Mechanismen auch bei der Expression der zellulären Gene des Wirtes verwendet. Durch unsere Forschung möchten wir die Prozesse verstehen, die es ermöglichen, auf einem RNA-Strang mehrere Proteine simultan zu codieren und wie dadurch Genexpression zeitlich und räumlich reguliert werden kann. Diese Gruppe hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI).
Personalisierte Immuntherapie
Unsere Motivation ist es, grundlegende Fragen der Humanimmunologie anzugehen und sie in personalisierte Therapien und Diagnostik umzusetzen. Insbesondere erforscht unser Labor neue Anwendungen von Antikörpern und B-Zellen zur Behandlung und Vorbeugung menschlicher Infektionskrankheiten. Auch nach Jahrzehnten der Forschungsarbeiten, fehlen noch immer wirksame Impfstoffe gegen einige Viren, die einer Antikörperreaktion entgehen können. Um diese Herausforderung zu meistern, entwickeln wir Methoden zum besseren Verständnis der B-Zell-Reaktionen, also der Zellen, die Antikörper produzieren. Wir entwerfen maßgeschneiderte Impfstoffe, die die Immunantwort verbessern sollen, und bieten neuartige Lösungen für die Infektionsdiagnostik. Diese Abteilung hat ihren Sitz am Zentrum für Individualisierte Infektionsmedizin ( CiiM ).
One Health Surveillance
Die One Health Surveillance Core Unit koordiniert die langfristige und umfassende Proben- und Datensammlung zur Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt. Diese Probensammlung dient als Grundlage für Studien der Forschungsabteilungen, sowie für Kooperationen mit unseren Partnern.
Epidemiologie
Epidemiologie erforscht Gesundheit und Krankheit auf der Bevölkerungsebene – die Infektionsepidemiologie beschäftigt sich mit übertragbaren Krankheiten. Ihre Werkzeuge und Methoden sind systematische Befragungen, klinische Untersuchungen und labordiagnostische Nachweise sowie statistische Analysen. So können Ursachen und Risikofaktoren für Infektionen identifiziert werden. Die Infektionsepidemiologie trägt zur Entwicklung von Präventionsmaßnahmen, ebenso wie zur Früherkennung und Therapie von Erkrankungen bei. Zudem überprüft sie die Wirksamkeit solcher Maßnahmen.
Ökologie und Entstehung von Zoonosen
Zoonosen, d. h. zwischen Tieren und Menschen übertragbare Krankheiten, bedrohen sowohl die menschliche Gesundheit als auch Haus- und Wildtiere. Verstärkt durch Klimawandel, Globalisierung und zunehmendes Eindringen des Menschen in tierische Lebensräume werden Mensch-Tier-Kontakte immer häufiger; das Risiko des Auftretens von Zoonosen – und damit auch von Pandemien – steigt. Unsere Forschung zielt darauf ab, das Auftreten und die Ökologie solcher Zoonosen zu verstehen, d. h. wie Krankheitserreger zwischen Populationen, Landschaften und Ökosystemen übertragen werden. Dabei beziehen wir den biotischen und abiotischen Kontext der Krankheitsübertragung mit ein und tragen so zu besserer Pandemic Preparedness und Prävention bei. Diese Abteilung hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für One Health (HIOH) .
Neuroinflammation und Neurodegeneration
Welche Rolle spielen Infektionen und damit einhergehende entzündliche Reaktionen für die Entwicklung oder sogar für die Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen? Wiederholte Infektionen und die nachfolgenden Entzündungen infolge der Immunreaktion, könnten im Gehirn eine Reihe von Prozessen auslösen, die letztlich zu neuronalen Schäden führen. Durch das bessere Verständnis neurodegenerativer Abläufe können rationale Therapieszenarien entwickelt werden, die bessere Therapien und Vorsorgemaßnahmen bei neuronalen Erkrankungen des Zentralnervensystems ermöglichen.
Naturstoffe wenig erforschter Biosynthesewege und extremer Habitate
Um dem Problem zunehmender Antibiotikaresistenzen effektiv entgegen zu wirken, werden dringend Medikamente mit neuen chemischen Strukturen benötigt. Wir erforschen Naturstoffe aus wenig erforschten Stoffwechselwegen und extremen Habitaten, um bioaktive Moleküle mit echter struktureller Neuheit und die an ihrer Biosynthese beteiligten Enzyme zu charakterisieren. Dadurch wollen wir biotechnologisch Antiinfektiva entwickeln und vorhandene verbessern.
Nanoinfektionsbiologie
Viren schaffen es trotz ihrer einfachen Struktur und geringen Größe sehr effizient in Wirtszellen einzudringen, diese zu infizieren und zu verändern. Die entscheidenden Prozesse involvieren hierbei die Interaktion nur weniger viraler und zellulärer Proteine. Jedoch ist der Kontakt entscheidend für den Ausgang der Infektion und die zelleigene Immunantwort. Wir studieren genau diese Prozesse, um zu verstehen, welche zellulären Prozesse durch die Virus-Zell Interaktion aktiviert werden und wie die Anwesenheit der Viren auf zellulärer Ebene interpretiert wird. Auf der Größenordnung einzelner Viren sind diese Prozesse, ihre Dynamik und strukturelle Voraussetzungen weitgehend unverstanden. Wir nutzen daher moderne Mikroskopieverfahren, die es erlauben, virale und zelluläre Nanostrukturen während der Infektion zu visualisieren.
Molekulare Zellbiologie
Das Zytoskelett ist im Körper für die mechanische Stabilisierung der Zelle und ihre äußere Form, für aktive Bewegungen der Zelle als Ganzes, sowie für Bewegungen und Transporte innerhalb der Zelle verantwortlich. Die Arbeitsgruppe "Molekulare Zellbiologie" beschäftigt sich mit einem bestimmten Teil des Zytoskeletts: dem Aktinzytoskelett. Dieses spielt sowohl bei der effektiven Immunantwort als auch als Angriffspunkt für Pathogene eine Rolle. Die molekularen Mechanismen zu verstehen, die den Auf- und Umbau der Aktinstrukturen steuern ist eines der Ziele von Klemens Rottner und seinem Team.
Molekulare Strukturbiologie
Die Bekämpfung von Infektionskrankheiten hängt entscheidend von einem tiefen Verständnis der zugrunde liegenden molekularen Prozesse ab. Die Strukturbiologie spielt eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung der Biomedizin, indem sie wertvolle Einblicke in die Struktur, Funktion und Wechselwirkungen biologischer Makromoleküle auf atomarer und molekularer Ebene liefert. Sie kombiniert modernste Techniken wie Röntgenkristallographie, Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) und Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) sowie fortschrittliche computergestützte Methoden zur Strukturvorhersage, um die dreidimensionalen Strukturen von Proteinen, Nukleinsäuren und anderen Biomolekülen aufzuklären und zu analysieren. Die Strukturbiologie spielt somit eine entscheidende Rolle in der Infektionsforschung, da sie einen präzisen Überblick über Virulenzfaktoren, Wirt-Pathogen-Interaktionen und die Mechanismen der Pathogenese und der Wirtsabwehr liefert und so den Weg für die Entwicklung neuer Antiinfektiva und Impfstoffe ebnet.
