Biofunktionelle Metabolite und Strukturen
Schwerpunkt
In der Forschungsgruppe Biofunktionelle Metabolite und Strukturen widmen wir uns der Entdeckung, Isolierung und Struktur-Funktions-Charakterisierung neuartiger Metabolite und Strukturen bakteriellen oder umweltbedingten Ursprungs, die für das Verständnis der Mechanismen hinter den chronischen Lungenerkrankungen sowie für deren Therapie entscheidend sind.
Non-targeted Identifizierung von Metaboliten
Mit Hilfe von Bioassay-gesteuerten, non-targeted Metabolomics basierend auf LC-MS- und GC-MS-Techniken in Verbindung mit Feature-based Molecular Networking (FBMN) durch GNPS, SIRIUS und Cytoscape arbeiten wir an Projekten zur Identifizierung neuartiger bioaktiver Metaboliten aus mikrobiellen und Umweltquellen (Pollen, Hausstaubmilben, Boden, Wasser). Solche identifizierten Metaboliten können als Hilfsmittel zum Verständnis der Krankheitsmechanismen (Grundlagenforschung) dienen oder als Biomarker oder sogar Therapeutika (translationale Wissenschaft) eingesetzt werden.
Die LC-HRMS-basierte, non-targeted Identifizierung bioaktiver Metaboliten, die von nicht typisierbaren Haemophilus influenzae (NTHi) produziert werden, ist eines unserer führenden Projekte auf diesem Gebiet. Die medizinische Relevanz dieses Projekts liegt in der Tatsache, dass NTHi ein pathogener Bestandteil des Lungenmikrobioms von Asthmatikern ist. Seine Pathogenese ist bislang kaum verstanden. Wir stellen in unserer Arbeit die Hypothese auf, dass die von NTHi produzierten primären und sekundären Metaboliten zu seiner Pathogenese und/oder Persistenz bei Asthma beitragen.
Targeted Identifizierung von Metaboliten und Strukturen
Eine mikrobielle Dysbiose führt zu einer unterschiedlichen Produktion und Sekretion von Metaboliten. Daher ist es von großer Bedeutung, die Veränderungen in der Produktion bestimmter Metaboliten zu verstehen, die an der Krankheit beteiligt sind. Dazu gehören Butyrat und Propionat sowie prototypische Moleküle mikrobiellen Ursprungs mit entzündungshemmenden und immunmodulatorischen Eigenschaften in der Peripherie, insbesondere entlang der Darm-Lungen-Achse.
Unsere Forschungsgruppe verfügt über Fachwissen in der Analyse von Stuhl-, Serum- und Urinproben und führt qualitative und quantitative Messungen von Metaboliten von Interesse mittels GC-MS und LC-MS durch.
Isolierung und Strukturaufklärung
Wir sind nicht nur daran interessiert, die deskriptiven Zusammensetzungsdaten neuartiger Metaboliten und Strukturen zu ermitteln, sondern auch an deren tiefgreifender funktioneller Charakterisierung. Dies ist nur nach einer vorherigen Isolierung, Reinigung und Strukturaufklärung der Zielverbindungen möglich.
Für die Isolierung und Strukturaufklärung extrahieren wir die Komponenten mit organischen Lösungsmitteln von geeigneter Polarität. Die Fällung und Entfernung von Proteinen sowie die Demineralisierung werden je nach Probentyp berücksichtigt. Der Extrakt wird anschließend durch Festphasenextraktion (SPE) oder Säulenchromatographie (Normalphase, Reversed-Phase oder Größenausschluß) fraktioniert. Die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) wird zur Isolierung und Reinigung der unbekannten Metaboliten oder Zielmetaboliten aus den relevanten Fraktionen verwendet. Im HPLC-System werden Normalphasen- und Umkehrphasensäulen verwendet, je nach Polarität der interessierenden Verbindung. Fortgeschrittene Analysetechniken wie Hochleistungs-LC-MS, GC-MS und NMR-Spektroskopie (1D und 2D) werden zur Bestimmung der Struktur von biofunktionellen und/oder unbekannten Metaboliten eingesetzt.
- DZL4-AA 2.2D Duda
Unsere Forschungsgruppe Biofunktionelle Metaboliten und Strukturen verfügt über umfangreiche Expertise in der Isolierung und Reinigung verschiedener mikrobieller und Umweltproben sowie in der chemischen und strukturellen Charakterisierung der gewonnenen Verbindungen. Wir haben auch Erfahrung mit verschiedenen Bioassays, um die Aktivität der gewonnenen Moleküle zu testen. Im Rahmen unserer Forschung setzen wir die folgenden Techniken und Methoden ein:
Nasschemie
- - Extraktion
- - Ultrazentrifugation
Chromatographie
- - Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC)
- - Hochleistungs-Dünnschichtchromatographie (TLC, HPTLC)
- - Hydrophobe Interaktionschromatographie
- - Gelpermeationschromatographie
- - Affinitätschromatographie
- - Hochleistungs-Anionenaustauschchromatographie (AEC, HPAEC)
Analytische Chemie
- Gaschromatographie (GC)
- Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS, qualitativ und quantitativ)
- Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (UHPLC-ESI-TOF-MS)
- Massenspektrometrie (ESI-MS)
- Kernspinresonanz (NMR)
Bioassays Zellkulturen
- Screening der biologischen Aktivität in menschlichem Hodgkin-Lymphom (KM-H2), menschlicher pro-monozytärer U-937 Zelllinie und in dendritischer Zelllinie der Maus JAWSII
- ELISA
- Durchflusszytometrie (MACSQuant 16)
Mikrobiologie
- Bakterienkultivierung auf der Ebene des S2-Labors
Biochemische Techniken
- Western Blot
- Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese (SDS- PAGE)
2023
Di Lorenzo, F, Nicolardi, S, Marchetti, R, Vanacore, A, Gallucci, N, Duda, K, Nieto Fabregat, F, Nguyen, HNA, Gully, D, Saenz, J, Giraud, E, Paduano, L, Molinaro, A, D'Errico, G & Silipo, A 2023, 'Expanding Knowledge of Methylotrophic Capacity: Structure and Properties of the Rough-Type Lipopolysaccharide from Methylobacterium extorquens and Its Role on Membrane Resistance to Methanol', JACS Au, Jg. 3, Nr. 3, S. 929-942. https://doi.org/10.1021/jacsau.3c00025
2022
Apangu, GP, Gonzalez Roldan, N, Adams-Groom, B, Satchwell, J, Pashley, CH, Werner, M, Kryza, M, Szymanowski, M, Malkiewicz, M, Bruffaerts, N, Hoebeke, L, Grinn-Gofron, A, Grewling, L, Oliver, G, Sindt, C, Kloster, M & Ambelas Skjoth, C 2022, 'Sentinel-2 satellite and HYSPLIT model suggest that local cereal harvesting substantially contribute to peak Alternaria spore concentrations', Agricultural and Forest Meteorology, Jg. 326, S. 109156. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2022.109156
Di Lorenzo, F, Duda, KA, Lanzetta, R, Silipo, A, De Castro, C & Molinaro, A 2022, 'A Journey from Structure to Function of Bacterial Lipopolysaccharides', Chemical reviews, Jg. 122, Nr. 20, S. 15767-15821. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01321
Leitung der Forschungsgruppe
Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen
Alumni
- Dr. Nestor Gonzalez Roldan
Technische Mitarbeiter:innen
