Programmbereich Infektionen

Mikrobielle Grenzflächenbiologie

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FZB MikrobielleGrenzflaechenbiologietuberculosis ist nicht gleich M. tuberculosis - Pathogenvariabilität

In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass sich klinische Isolate des Mycobacterium tuberculosis Komplex (MTBC) genetisch deutlich mehr unterscheiden als bislang angenommen. In Infektionsexperimenten mit humanen primären Makrophagen und auf dem Aerosolweg infizierten Mäusen konnten wir Clade-spezifische Virulenz-Muster von klinischen Isolaten des MTBC identifizieren. Exklusiv human-adaptierte M. tuberculosis-Linien, die auch als Clade I oder auch als “moderne” Linien bezeichnet werden, wie z. B. Beijing und Haarlem -Isolate, zeigen im Vergleich zu Clade II-Stämmen, zu denen East-African-Indian (EAI)und M. africanum-Isolate gehören, eine signifikant erhöhte Fähigkeit, in humanen Makrophagen zu wachsen. Eine einfache Korrelation zwischen der Virulenz des verwendeten MTBC Stamms und dem inflammatorischen Potential eines solchen Isolats wurde allerdings nicht beobachtet. Unsere Daten zeigen unterschiedliche Pathogenitäts-Profile auf, die im Detail untersucht werden. Unsere Arbeiten belegen, dass in weiteren Untersuchungen zum Verständnis der Wirts-Pathogen-Interaktion in der Tuberkulose neben wirtsspezifischen Faktoren auch erregerspezifische Charakteristika berücksichtigt werden müssen.

Reiling N, et al., MBio. (2013). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23900170

Prosser G, el al., Microbes Infect. (2017). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27780773

Reiling N, et al., Int J Med Microbiol. (2017). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28969988 

 

Intrazelluläre Kompartimente - M. tuberculosis- Phagosomen 

Magnetic-labeled mycobacteria

 Pathogene Mykobakterien sind nach Aufnahme durch Makrophagen in der Lage, die normale Reifung des sie enthaltenden Phagosoms zu verzögern und zu blockieren. Es kommt nicht zur Fusion mit lysosomalen Kompartimenten und  der Erreger überlebt in der Zelle.  Um nun strukturelle Unterschiede zwischen unterschiedlichen MTBC Phagosomen analysieren zu können, haben wir ein lipid-basiertes,  immunomagnetisches Verfahren entwickelt, um M. tuberculosis-enthaltende Phagosomen aus Primärzellen zu isolieren und funktionell zu charakterisieren.  Durch den geringen Zeitbedarf und die Vielseitigkeit des in der FG entwickelten Verfahrens lässt sich eine vergleichende biochemische  und massenspektrometrische Analyse von M. tuberculosis-enthaltenden Phagosomen  durchführen. Es ist unser Ziel, essentielle Faktoren und Mechanismen zu identifizieren, die für das Überleben von M. tuberculosis bzw. die erfolgreiche Abtötung  des Erregers durch die Wirtszelle von Bedeutung sind


Steinhäuser C, et al., Traffic. (2013). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23231467

Steinhäuser C, et al., Curr Protoc Immunol. (2014). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24700322

Reiling N, et al. Int J Med Microbiol. (2017). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28969988

 

 

Identifikation neuer regulatorischer Faktoren im Infektionsgeschehen:
Der WNT Signalweg

MikrobielleGrenzflaechenbiologie

Durch systematische Genexpressionsanalysen mykobakterien-infizierter Makrophagen konnten wir bislang nicht bekannte Faktoren identifizieren, die einen Einfluss auf anti-mikrobielle Effektormechanismen haben:  So konnten wir in den letzten Jahren erstmals regulatorische Funktionen für Komponenten des evolutionär hoch-konservierten WNT Signalweges aufzeigen, die für die Interaktion des  angeborenen Immunsystems mit dem adaptiven Immunsystem in der Pathogenese der Tuberkulose,  aber auch in anderen entzündlichen und infektiösen Erkrankungen  von Bedeutung sind. WNT-Proteine können sowohl pro- als auch anti-inflammatorische Effekte auf Makrophagen und andere Zellen des Immunsystems haben. So konnten wir kürzlich zeigen, dass es nach experimenteller Infektion von Mäusen mit M. tuberculosis zu einer starken Expression von WNT6 in granulomatösen Läsionen in der Lunge kommt und dass dieser Faktor einen Einfluss auf die Differenzierung und auch auf die Proliferation von Makrophagen hat.  Diese Befunde  belegen eine völlig unerwartete, neue Rolle für  WNT6 in der Funktion von Makrophagen. Diese Ergebnisse und die Beobachtung, dass die Mehrzahl der WNT6-exprimierenden Makrophagen Lipidvesikel enthalten, legt die Hypothese nahe, dass M. tuberculosis WNT6 induziert um die Bildung von Schaum-Makrophagen zu fördern. Diese Zellen stellen ein wichtiges Habitat von M. tuberculosis während der Tuberkulose-Infektion dar.

 

Blumenthal A, et al., Blood (2006). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16601243

Neumann J, et al. The FASEB Journal  (2010). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20667980

Schaale K, et al. Eur J Cell Biol. (2011) . https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21185106

Schaale K, et al. Journal of Immunology (2013). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24123681

Brandenburg J & Reiling N. Front Immunol. (2016).  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28082976



Zytotoxische Wirkung von anti-TB Leitstrukturen auf die Wirtszellen (primäre Makrophagen)

Identifikation neuer Substanzen gegen  M. tuberculosis –  Relevante und schnelle Testsysteme

Unsere Expertise im Umgang mit primären Makrophagen hat uns dazu bewogen, unsere in vitro- Infektionsmodelle mit M. tuberculosis auch zur Testung der Effizienz neuer Anti-TB-Leitstrukturen einzusetzen. Die Verbindungen werden zunächst auf ihre Wirksamkeit gegen GFP-exprimierende M. tuberculosis-Bakterien in einem 96 well-basierten Medium Throughput System getestet. Dies ermöglicht uns die Analyse von kleinen und mittleren Komponenten-Bibliotheken im Hinblick auf ihre Wirksamkeit gegen M. tuberculosis. Nach Untersuchungen zur zytotoxischen Wirkung der Verbindungen auf die Wirtszellen (primäre Makrophagen) wird insbesondere die Wirkung neuer Substanzen auf M. tuberculosis-infizierte Makrophagen analysiert, um so neue Anti-TB-Leitstrukturen zu identifizieren. Die drei Testsysteme sind integraler Bestandteil der der Thematic Translational Transfer Unit Tuberculosis (TTU-TB) im Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF).

 

Michelucci A, et al., Proc Natl Acad Sci U S A. (2013). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23610393

Lehmann J, et al. , MedChemCommun. (2016).

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/md/c6md00231

Kolbe K, et al.,  Chembiochem. (2017). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28249101

Lentz F, et al., Molecules. (2018). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29617279

Radloff J, et al., Front Immunol. (2018). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30087678