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RNA-Biologie bakterieller Infektionen
Ziel der Arbeitsgruppe von Jörg Vogel ist es, die gesamte funktionelle Vielfalt von nicht-kodierender RNA und deren Partnerproteinen in pathogenen Bakterien und im menschlichen Mikrobiom aufzuklären. Hierfür entwickeln wir neue RNA-Sequenzierungsmethoden auf Einzelzell-Ebene, mit deren Hilfe wir tiefere Einblicke in die RNA-Welt von Mikroorganismen erhalten und somit aufklären können, wann, wie, und warum RNA als Regulator bei Infektionsprozessen fungiert. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse sollen helfen, Krankheitserreger zielgenau zu bekämpfen oder das Mikrobiom mit Präzision zu manipulieren. Unsere Projekte konzentrieren sich auf zahlreiche Bakterienarten, von Salmonella Typhimurium bis hin zu anaeroben Mikroben wie dem mit Darmkrebs in Verbindung gebrachtem Fusobacterium nucleatum. Diese Abteilung hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI).
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) .
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.
Struktur und Funktion der Proteine
Der Schlüssel zu neuen Angriffspunkten gegen Krankheitserreger steckt im Detail, genauer: in Proteinen, über die die Krankheitserreger mit ihren Wirten in Kontakt treten oder die sie für lebenswichtige Stoffwechselprozesse benötigen. Die Wirkungsweise dieser Eiweißstoffe lässt sich verstehen, wenn man ihre dreidimensionale Struktur kennt. Unsere Wissenschaftler setzen hierfür moderne Techniken wie die Röntgenstrukturanalyse, Kernresonanzspektroskopie (NMR) und Massenspektrometrie ein.
Strukturelle Infektionsbiologie
Die moderne infektionsbiologische Forschung versucht, die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Pathogen zu verstehen und gezielt zu manipulieren. Die damit verbundenen Untersuchungen haben interdisziplinären Charakter und verbinden Forschungsfelder wie die Zellbiologie mit der Mikrobiologie. In der Strukturellen Infektionsbiologie werden darüber hinaus verschiedenste biophysikalische Methoden angewendet, die es uns erlauben, den Infektionsprozess oder Teilaspekte davon bei hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu untersuchen. Diese Abteilung hat ihren Sitz im Center for Structural Systems Biology (CSSB) am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg.
Synthetische RNA Biologie
Ribonukleinsäuren (RNA) sind eine in lebenden Organismen allgegenwärtige Molekülklasse, welche essentiell für die Entwicklung und Funktion von Zellen ist. Dieser besondere Stellenwert lässt RNAs zu einem interessanten Ziel für die Entwicklung neuer gentechnischer Verfahren werden, um die Funktionsweisen von Zellen besser verstehen und gezielter manipulieren zu können. Mit unserer Forschung wollen wir die zentrale Rolle von RNA in der Zellbiologie besser ergründen und die Erkenntnisse dazu nutzen, neue Möglichkeiten der Analyse, Diagnose und Behandlung von Infektionskrankheiten zu entwickeln. Diese Abteilung hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI).
Wirt-Pathogen-Mikrobiota Interaktionen
Die Rolle von RNA in der Genexpressionskontrolle, und damit der Steuerung der zellulären Physiologie, ist lange Zeit unterschätzt worden. Mittlerweile werden Fehlfunktionen regulatorischer RNA mit zahlreichen menschlichen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Gleichsam verfügen pathogene Bakterien über ein großes Spektrum an nicht-kodierenden RNA-Molekülen, mit denen sie sich an äußere Umweltbedingungen anpassen, aber auch gezielt ihreVirulenz-Programme steuern können. Die genauen Wirkweisen dieser hochgradig spezifischen RNA-Moleküle zu verstehen, birgt großes Potential, um neue Behandlungsmethoden gegen bakterielle Krankheitserreger zu entwickeln. Diese Gruppe hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI).
Zellbiologie
Wir als Zellbiologen untersuchen Wirt-Pathogen-Interaktionen auf der Ebene einzelner Zellen, die die kleinste lebende Einheit auf beiden Seiten darstellt. Sobald ein Pathogen mit Wirtszellen in Kontakt kommt, muss es das „normale“ Zellverhalten manipulieren, um eine Überlebensnische zu etablieren, beziehungsweise den Abwehrmechanismen des Wirtes zu entkommen. Wir studieren genau diese von Pathogenen verursachten Veränderungen, um zu verstehen, welche Prozesse sie im Wirt angreifen – und warum.
