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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 .
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.
Compound Profiling und Screening
Die Ausbreitung von Mikroorganismen, die resistent gegen gebräuchliche Antibiotika sind, wird auch von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) als zunehmende Bedrohung betrachtet, da dadurch nicht nur die Zahl der Patienten steigt, die bei einer Infektion nicht mehr behandelt werden können, sondern unter Umständen auch andere schwere Krankheiten nicht mehr therapiert werden, wenn die Therapie mit einer Schwächung des Immunsystems und damit einem erhöhten Infektionsrisiko verbunden ist. Aus diesem Grund sind neue Wirkstoffe zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten dringend notwendig, genauso wie ein verantwortungsvoller Einsatz der existierenden Antibiotika. Voraussetzung für neue Wirkstoffe sind geeignete Tests zur Erkennung aktiver Substanzen und Substanzbibliotheken ausreichender chemischer Diversität. Neben den Primärscreens führen wir zusammen mit Partnern auch Folgeuntersuchungen durch, die zur Optimierung der Substanz führen sollen.
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.
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 .
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.
Durchflusszytometrie und Zellsortierung
Unser Organismus besteht aus vielen verschiedenen Zelltypen mit den unterschiedlichsten Aufgaben. Solange sie ihre Funktion in der Gemeinschaft erfüllen, sind wir gesund – verändern sie sich, oder werden von Krankheitserregern verändert, gerät das sensible Gleichgewicht ins Wanken und wir werden krank. Die Serviceeinheit Durchflusszytometrie und Zellsortierung stellt den Wissenschaftlern am HZI die Geräte und das Wissen zur Verfügung, um Zellen auf der Ebene der Einzelzelle zu identifizieren und ihre Funktion zu analysieren.
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.
Epidemiologie und Ökologie antimikrobieller Resistenz
Aufgrund der Vernetzung zwischen Mensch, Tier und Umwelt und des raschen Ausbreitungspotenzials antimikrobieller Resistenzen zwischen Bakterienarten brauchen wir einen One Health Ansatz, um der Bedrohung durch Antibiotikaresistenzen adäquat zu begegnen. Diese Abteilung hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für One Health .
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.
