Haploide Genetik, Genomeditierung und Pneumokokken-Erkennung (Haplo-Infect)

Infektionen mit multidrug-resistenten Bakterien sind im Ansteigen während gleichzeitig keine neuen Antibiotika generiert werden. Dies stellt eine global bedrohliche Situation dar, welche die dringende Notwendigkeit neuer antimikrobieller Behandlungen fordert. Adjuvante Immunotherapien sind eine vielversprechende Strategie zur Behandlung von Infektionen. Um dies zu realisieren muss jedoch die Tatsache in Betracht gezogen werden, dass eine Modulation der Immunantwort an die jeweilige Bedrohung einer Infektion angepasst werden muss, um eine optimale Eliminierung von Keimen bei gleichzeitig minimiertem Gewebsschaden zu erreichen. Dies erfordert ein deutlich verbessertes Verständnis der Immunprozesse und die Abschätzung individueller Gefahren bei Infektionen im Humansystem. Um dieses Manko an Wissen zu füllen, möchten wir hiermit einen umfassenden und unvoreingenommenen Einblick in die bakteriellen Erkennungs- und Antwort-Mechanismen humaner Immunzellen nehmen. Zu diesem Zweck werden wir eine neue und einzigartige Methode, nämlich einen Genom-weiten Screen in haploiden Immunzellen vornehmen (Carette et al. Science 2009), in welchen einzelne Gene mittels Gene-trap Virus unterbrochen werden können. Diese mutierten (d.h. knock-out) haploiden Zellen werden nach Inkubation mit Bakterien (bzw. deren Bestandteilen) selektioniert, so dass nur jene Zellen, in welchen durch Mutation ein wichtiges Molekül fehlt, herausgepickt werden. In diesen Zellen wird anschließend durch Sequenzierung die betroffene Mutation detektiert. Die betroffenen Gene (bzw. Proteine) werden anschließend verifiziert, indem wir haploide Zellklone mit der entsprechenden Mutation heranziehen. Diese einzigartige Kollektion an humanen knock-out Zellen ist eine ausnehmend gut charakterisierte Sammlung an Zellen, welche konditionale Gen- deletionen erlaubt und wird von unserem externen Kollaborationspartner Haplogen und dem Zentrum für Molekulare Medizin (Ce-M-M) zur Verfügung gestellt. Weiters werden wir eine neuartige Genome-Editing Methode namens CRISPR (RNA programmable Cas9)-mediated genome editing, welche von unserem Konsortiums Partner E. Charpentier entdeckt wurde (Deltcheva et al. Nature 2011; Jinek et al. Science 2012) anwenden. Diese Methode erlaubt die gezielte Deaktivierung definierter Genomabschnitte, und wir planen auf diese Art relevante Gene in humanen Immunzellen zu inaktivieren (Cong et al. Science 2013; Mali et al. Science 2013). Die biologischen in vivo Funktion der von uns mittels Screen entdeckten Moleküle soll schlussendlich an Infektionsmodellen im Tierversuch bestätigt werden. Mittels dieser Screens möchte ich mich auf die Entzündungsantwort beim medizinisch relevanten Bakterium Streptokokkus pneumoniae, sowie auf eine Selektion von bakteriellen Zellwandbestandteilen und Nukleinsäuren konzentrieren. Die einzigartige Kombination an Expertisen in unserem Konsortium, welche sowohl Experten der haploiden Genetik, der CRISPR Methode und mit langjähriger Erfahrung in der Erforschung angeborener Immunmechanismen bei bakteriellen Infektionen umfasst, stellt einen klaren und wichtigen Vorteil dar und ist die ideale Voraussetzung dieses innovative Projekt erfolgreich durchzuführen.

Bakterielle Infektionen sind eine führende Ursache für Erkrankungen und Tod weltweit. In diesem Projekt (welches Teil eines ERA-Infect Konsortiums war) adressierten wir das Problem multiresistenter Keime, in dem wir neue Strategien zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten wie z.B. immun-adjuvante Therapien zur Verbesserung der Immunabwehr bei Infektionen untersuchten. Um die beste Pathogen-Bekämpfung bei gleichzeitiger Minimierung der Entzündungs-bedingten Schäden zu ermöglichen, untersuchten wir die zelluläre Antwort- Maschine, welche eine der Gefahr entsprechende, optimierte Immunantwort ermöglichen kann.In diesem Projekt untersuchten und entdeckten wir essentielle Faktoren, welche die Immunantwort bei bakteriellen Infektionen beeinflussen. So fanden wir, dass Typ 1 Interferon eine schützende Rolle in der Lunge spielt, indem dieses Molekül die epitheliale Barriere bei Pneumonie erhält und somit ein Eindringen und eine Verbreitung von Bakterien verhindern kann. In einer weiteren Studie konnten wir die Ursache der hohen Infektionsrate bei Patienten mit hämolytischen Erkrankungen klären. Wir konnten zeigen, dass Häm welches von roten Blutkörperchen freigesetzt wird die Aufnahme und Entfernung von eingedrungenen Bakterien hemmt. In Anwesenheit erhöhter Häm-Konzentrationen können Bakterien nicht eliminiert werden, was die hohe Todesrate bei Patienten mit Sepsis erklärt. Wir konnten ebenfalls ein Medikament entdecken, welches diese gefährliche Wirkung von Häm verhindern kann, und somit die gehemmte Abwehrfunktion wiederherzustellen vermag. Diese neue Art einer Immuntherapie könnte in Zukunft als Modell dienen, um bei Patienten mit Hämolyse ihre Immunfunktion wiederherzustellen.