Wirts-Mikroben Interaktom
Schwerpunkt
Lipiddynamik während der Mykobakterieninfektion
Tuberkulose (Tb) wird durch Mycobacterium tuberculosis hervorgerufen und ist eine der tödlichsten Infektionskrankheiten. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) schätzt, dass im Jahr 2021 1,6 Millionen Menschen an Tuberkulose erkrankt sind. Dies zeigt, wie wichtig es ist, neue Medikamente, Impfstoffe und Diagnoseinstrumente zu entwickeln, um diese Belastung in Zukunft zu verringern.
M. tuberculosis wendet mehrere Strategien an, um intrazellulär zu überleben. Eine der bemerkenswertesten Anpassungen von M. tuberculosis ist die Fähigkeit, Wirtslipide wie Fettsäuren und Sterole zu erbeuten um (i) Energie zu erzeugen, (ii) seine einzigartige lipidreiche Zellwand aufzubauen und (iii) Speicherlipide während der Infektion zu produzieren. Um sich ständig in einer fettsäurereichen Umgebung zu befinden, trägt der Erreger aktiv zur Entwicklung des "schaumigen" Phänotyps der Wirtsmakrophagen bei. Dieser entsteht durch die Akkumulierung von Wirtslipidtröpfchen (Lipid droplets).
Mithilfe des Dictyostelium discoideum/M. marinum-Infektionssystems haben wir herausgefunden, dass Mykobakterien auf die Lipid droplets der Wirtszelle zugreifen, um ihre eigenen Lipidspeicherorganellen aufzubauen, und Phospholipide aus dem Endoplasmatischen Retikulum nutzen, wenn Lipid droplets fehlen (Barisch et al., 2015; Barisch & Soldati, 2017). Darüber hinaus haben wir beobachtet, dass Mykobakterien Lipid droplet- Enzyme und regulatorische Proteine auf ihre hydrophobe Oberfläche rekrutieren, wenn sie aus der Vakuole in das Zytosol der Wirtszelle translozieren. Ob diese Rekrutierung von den Mykobakterien genutzt wird, um im Zytosol den Abwehrmechanismen der Wirtszelle zu entgehen, ist Ziel weiterer Studien.
Hauptschwerpunkte
Das Ziel der FG Barisch ist es, die molekularen Mechanismen zu entschlüsseln, mit denen pathogene Mykobakterien den Lipidmetabolismus und die intrazellulären Lipidtransportwege der Wirtszelle manipulieren. Dabei wird die Anwendung funktioneller Lipide zur Analyse der Lipiddynamik während verschiedener Infektionsstadien mit hochmodernen Mikroskopiemethoden sowie lipid-biochemischen Methoden wie zum Beispiel massenspektrometrische Lipidomik kombiniert.
Weitere Informationen finden Sie hier: www.barischlabcssb.com
Balanceakt: Wie sich eine Störung der Fettsäurehomöostase auf den Ausbruch der Mykobakterien aus der Vakuole auswirkt
Um Fettsäuren aus ihrer Umgebung zu importieren, sind Mykobakterien mit ausgeklügelten Transportmechanismen ausgestattet. Der Mechanismus, mit dem die importierten Fettsäuren mit Coenzym A verestert werden ("Fettsäureaktivierung"), ist ein wesentlicher Schritt für den weiteren Umsatz der Fettsäuren. Ziel dieses Projektes ist es, die Funktion fettsäureaktivierender Enzyme während der Lipidsynthese zu analysieren und deren Rolle beim vakuolären Austritt der Mykobakterien aus der Vakuole zu untersuchen.
Um sowohl die Fettsäureströme als auch den -stoffwechsel in Wirtszellen und Bakterienmutanten zu charakterisieren, wird die Anwendung bifunktionaler Fettsäuren mit Expansionsmikroskopie und Lipidomik kombiniert. - Dieses Projekt ist Teil des SPP2225.
Funktionale Auswirkungen der Lipidlogistik während der Mykobakterieninfektion
Dieses Projekt zielt darauf ab, lipidmetabolische Wege zu identifizieren, die von intrazellulären Mykobakterien genutzt werden, um Lipide vom Wirt zu erbeuten. Um Veränderungen in der Lipidzusammensetzung zu analysieren, etablieren wir eine Lipidomics-Pipeline für das D. discoideum/M. marinum-System. Wir werden in Zukunft untersuchen, wie sich die Blockierung bestimmter Lipidversorgungswege auf verschiedene Stadien der Mykobakterieninfektion auswirkt. Insgesamt können diese Bemühungen neue therapeutische Ansatzpunkte zur Bekämpfung von Mykobakterieninfektionen aufdecken.
Induktion von Membrankontaktstellen während der Mykobakterieninfektion
Verschiedene intrazelluläre Krankheitserreger, einschließlich M. tuberculosis, schädigen die Membran ihrer Vakuolen, um grundlegende angeborene Immunfunktionen zu beeinträchtigen und um ihren Ausbruch in das Zytosol zu beschleunigen. Der Wirt bekämpft die Membranschäden, indem er Membranreparaturmaschinen rekrutiert, die den Erreger innerhalb der Vakuole zu halten sollen. Die FG Barisch untersucht mit Hilfe fortschrittlicher Mikroskopiemethoden die Rolle der ER-abhängigen Membranreparatur und anderer Reparaturmaschinen während der Mykobakterieninfektion. Zum Beispiel nutzen wir fortschrittliche Bildgebungstechniken, um Membrankontaktstellen zwischen dem ER und der mit Mykobakterien-Vakuole sichtbar zu machen. Konkret verwenden wir unterschiedliche 3D-CLEM-Ansätze, wie Beispiel Hochdruck-Gefriermikroskopie, TEM-Tomographie und serielle Block-Face-SEM. Mit Hilfe von Spinning Disc Lebendzellmikroskopie und Durchflusszytometrie konnten wir zeigen, dass die ER-abhängige Reparatur einen Abwehrmechanismus des Wirts gegen intrazelluläre Krankheitserreger darstellt. - Dieses Projekt ist Teil des SFB1557 @Uni Osnabrück.
- 2019 – 2022
SFB944 – P25: „Funktionelle Auswirkungen der Lipidlogistik auf die Infektion mit Mykobakterien in Dictyostelium“ @Uni Osnabrück - 2020 – 2023
SPP2225: „Funktionelle Auswirkungen von mykobakteriellen Lipiden auf die Infektion von Dictyostelium mit M. marinum“ - 2023 – 2026
SFP1557 – P1: „Manipulation und Ausnutzung des Lipidtransfers durch pathogene Mykobakterien“ @Uni Osnabrück
- Lebendzellmikrokopie (Spinning Disc und Lattice Lightsheet)
- Klassische Immunofluoreszenz
- Korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie
- Expansionsmikroskopie
- Dünnschichtchromatographie
- Massenspektrometrie (Lipidomik und Proteomik)
2024
Listian SA, Mazur A-C, Kol M, Ufelmann E, Eising S, Fröhlich F, Walter S, Holthuis JCM, Barisch C (2023). Complex sphingolipid profiling and identification of an inositol-phosphorylceramide synthase in Dictyostelium discoideum. in press @iScience.
2023
Listian SA, Kol M, Ufelmann E, Eising S, Fröhlich F, Walter S, Holthuis JCM, Barisch C (2023). Complex sphingolipid profiling and identification of an inositol phosphorylceramide synthase in Dictyostelium discoideum. BioRxiv.
*Franzkoch R, *Anand A, Psathaki OE, Barisch C (2023). Resolving exit strategies of mycobacteria by combining high-pressure freezing with 3D-correlative light and electron microscopy. Mol Micro. *authors contributed equally
Anand A, Mazur A-C, Rosell-Arevalo P, Franzkoch R, Breitsprecher L, Listian SA, Hüttel SV, Müller D, Schäfer DG, Vormittag S, Hilbi H, Maniak M, Gutierrez MG, Barisch C (2023). ER-dependent membrane repair of mycobacteria-induced vacuole damage. BioRxiv and accepted for publication in mBio.
Barisch C, Holthuis JCM, Cosentino K (2023). Membrane damage and repair: A thin line between life and death. Biol. Chem. REVIEW.
Vormittag S, Hüsler D, Haneburger I, Kroniger T, Anand A, Prantl M, Barisch C, Maaß S, Becher D, Letourneur F, Hilbi H (2023). Legionella- and host-driven lipid flux at LCV-ER membrane contact sites promotes vacuole remodeling. EMBO Rep.
2022
Foulon M, Listian S A, Soldati T, Barisch C (2022). Chapter 6. Conserved mechanisms drive host lipid access, import and utilisation in Mycobacterium tuberculosis and M. marinum. In Developments in Microbiology, Biology of Mycobacterial Lipids, Academic Press. Edited by Fatima Z, Canaan S. REVIEW.
Leitung der Forschungsgruppe
Mitarbeiter:innen
Zentrum für strukturelle Systembiolgie (CSSB)
DESY, Gebäude 15
Notkestraße 85
D-22607 Hamburg
Assoziiert mit dem Fachbereich Biologie & der MIN-Fakultät der Universität Hamburg
Tel: +49 (0)40-8998-87620
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