P 6: Stoffwechsel mikrobieller Pathogene

Leitung:

Martin Blume

Die Persistenz von Krankheitserregern ist ein Kennzeichen vieler zoonotischer Infektionen mit bakteriellen, pilzlichen und parasitären Erregern. Diese Infektionen sind nach wie vor medizinisch schwer zu behandeln. Um die Persistenz zu untersuchen und die Entwicklung neuer Chemotherapien zu erleichtern, haben wir ein System auf der Basis menschlicher Skelettmuskeln entwickelt, mit dem wir das persistierende Bradyzoitenstadium von Toxoplasma gondii in vitro untersuchen können. Toxoplasma gondii ist ein apikomplexer Parasit, der praktisch alle warmblütigen Tiere infiziert und lebenslange Infektionen bei bis zu 25 % der Menschen weltweit und 50 % in Deutschland verursacht. Obwohl die akute Toxoplasmose, die durch schnell replizierende Tachyzoiten verursacht wird, mit einer Reihe von Antiparasitika bekämpft werden kann, gibt es derzeit keine Behandlungsmöglichkeiten chronisch infektiöser Bradyzoiten. Diese bewohnen sogenannte Gewebezysten, die sich vor allem im Muskel- und Hirngewebe des Wirts befinden und für die Übertragung durch den Verzehr nicht durchgegarter Fleischprodukte von infizierten Nutztieren sowie für die Remission bei immungeschwächten Personen verantwortlich sind.

Unsere Projektgruppe baut auf dem In-vitro-Bradyzoiten-Kultursystem in dreierlei Hinsicht auf:

(1) Screening von potenziellen antimikrobiellen Verbindungen
Zur Identifizierung von Wirkstoffen für die Ausrottung von Bradyzoiten verwenden wir eine Reihe von Kriterien, um vielversprechende Kandidaten aus frei verfügbaren Substanzbibliotheken zu identifizieren, die sowohl neuartige als auch bereits zugelassene Medikamente enthalten. Wir testen auf Zytotoxizität und auf statische oder zidale Wirksamkeit gegen T. gondii Tachyzoiten und Bradyzoiten.

(2) Erfassung der metabolischen Signaturen der Parasiten
Wir verwenden unsere eigenen Gas- und Flüssigchromatographie-gekoppelten Massenspektrometer für ungezielte, gezielte und isotopenaufgelöste Messungen des Metaboloms der Parasiten und des Metabolitenumsatzes. Um die Bedeutung von Stoffwechselmerkmalen zu erforschen, greifen wir mit pharmakologisch in deren Funktion ein. Wir verwenden Metabolomics-Ansätze auch, um die Wirkungsweise von Verbindungen mit antiparasitärer Aktivität zu untersuchen.

(3) Systematische Qualifizierung von In-vitro-Bradyzoiten als 3R-System, um Tierversuche zu ersetzen, zu reduzieren und zu verfeinern.
Zu diesem Zweck vergleichen wir verschiedene phänotypische Aspekte der In-vitro-Bradyzoiten mit ihren In-vivo-Pendants. Außerdem testen wir das Fitnesspotenzial von Genen, die an verschiedenen Aspekten der Biologie des Parasiten beteiligt sind, wie z.B. Wirtszellaustritt, Motilität, Invasion und Stoffwechsel, vergleichend in In-vivo- und In-vitro-Umgebungen.

^{Abgebildet sind T.-gondii-Tachyzoiten in grün und eine mit Bradyzoiten gefüllte Gewebezyste in rot. Die linke Seite zeigt unsere Metabolomics-Pipeline, bestehend aus hochauflösender LCMS und einem GCMS-Instrument, mit einem beispielhaften Datensatz, in dem Metabolome von mit Wirkstoff behandelten und unbehandelten Parasiten verglichen werden. Die rechte Seite veranschaulicht das Screening von antimikrobiellen Verbindungen. Wir kombinieren beide Ansätze, um die Wirkungsweise von antimikrobiellen Mitteln zu ermitteln, die gegen Bradyzoiten und Tachyzoiten wirken. (Bildquellen: RKI; chemische Verbindungen: Wikipedia; Kapseln: BanzaiTokyo / Wikimedia Commons)}

Wir sind immer offen für interessierte und motivierte Studentinnen und Studenten und bieten MSc-, BSc- und Doktorandenprojekte an. Wir bieten auch Stellen für studentische Hilfskräfte.

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