Synthetische Biology zur Bekämpfung von Pilzinfektionen

Synthetische Biology zur Bekämpfung von Pilzinfektionen Candida albicans ist der häufigste humanpathogene Pilz, der lebensbedrohliche Infektionen bei Personen mit einem geschwächten Immunsystem verursacht. In den meisten Fällen entstehen systemischen Infektionen aus endogenen Quellen wie dem Darm, wo C. albicans als normales Mitglied der Darmflora vorkommt. Doch durch bestimmte Auslöser kann der Pilz von einer hefeähnlichen Wachstumsform zu filamentösem Wachstum wechseln, die Darmschleimhaut durchdringen und schwere systemische Infektionen, die mit hohen Sterblichkeitsraten verbunden sind, verursachen. Zum Teil erklärt sich die hohe Sterblichkeit dadurch, dass eine schnelle Diagnose oft nicht möglich ist. Die Auslöser für den Übergang von der nicht-pathogenen zur pathogenen Form von Candida albicans sind nach vor nicht vollständig geklärt. Prophylaxe mit Antimykotika wird derzeit verwendet, um systemische Infektionen zu vermeiden. Dies kann jedoch zu einer Zunahme von resistenten Pilzstämmen führen. Somit weden neue Strategien invasiven Pilzinfektionen entgegenzuwirken dringend benötigt. Die Haupthypothese dieses Projektes schlägt die Verwendung von reprogrammierten Darmbakterien als Prophylaxe gegen C. albicans Infektionen vor. Ein Ansatz aus der synthetischen Biologie wird verwendet, um Bakterienstämme in die Lage zu versetzen, den Pilz im Darm zu erkennen, an ihn zu binden und Filamentierungsinhibitoren zu produzieren um dadurch das Durchdringen der Darmschleimhaut und eine damit verbundene systemische Infektion zu verhindern. Um das Erkennen von C. albicans zu ermöglichen, werden bakterielle Promotoren, die in Anwesenheit des Pilzes aktiviert werden, in einem Screening-Ansatz identifiziert. Diese Promotoren werden verwendet, um die Expression des Streptococcus gordonii SspB Proteins, welches bakteriell-pilzliche Interaktion ermöglicht, zu steuern. Darüber hinaus werden die Promotoren an ein Filamentinhibierungsmodul gekoppelt, welches den Bakterienzellen ermöglicht, Filamentierungsinhibitoren zu produzieren, wodurch das Durchdringen der Darmschleinhaut verhindert wird. Das entwickelte System wird in vitro mittels Interaktion mit Darmschleimhautzellen sowie in vivo in einem Maus-Infektionsmodell getestet werden. Der Einsatz von reprogrammierten Bakterien als Prophylaxe gegen Pilzinfektionen stellt eine neue Strategie mit großem Potenzial in der Zukunft dar. Darüber hinaus wird das in diesem Projekt beschriebene System auch als ein wertvolles Hilfsmittel dienen, um den Übergang von der nicht-pathogenen zur pathogenen Form von Candida albicans, sowie das Zusammenspiel von Bakterien und Pilzen im Wirt, studieren zu können.

Candida albicans ist das am häufigsten vorkommende humane Pilzpathogen, das bei Personen mit eingeschränktem Immunsystem lebensbedrohliche Infektionen verursachen kann. In den meisten Fällen entstehen systemische Infektionen aus endogenen Quellen wie dem Darm, wo C. albicans als normales Mitglied der Darmflora vorkommt. Bei bestimmten Auslösern kann der Pilz jedoch von einer hefeartigen Wachstumsform zu einem filamentösen Wachstum übergehen, die Darmschleimhaut durchdringen und schwere systemische Infektionen verursachen, die teilweise aufgrund von Verzögerungen bei der Diagnose mit hohen Sterblichkeitsraten verbunden sind. Die Auslöser für den Übergang von der nicht-pathogenen zur pathogenen Form von C. albicans sind nach wie vor wenig bekannt. Gegenwärtig wird eine Prophylaxe mit Antimykotika angewendet, um systemische Infektionen zu vermeiden. Dies kann jedoch eine Zunahme resistenter Pilzstämme fördern. Daher sind neuartige Strategien erforderlich, um invasiven Pilzinfektionen entgegenzuwirken. Die Haupthypothese dieses Projekts schlug die Verwendung von reprogrammierten Darmbakterien als Prophylaxe gegen C. albicans-Infektionen vor. Ein synthetisch-biologischer Ansatz wurde verwendet, um Bakterienstämme zu entwickeln, die in der Lage sind, den Pilz zu erkennen und darauf zu reagieren, indem sie einen Filamentationshemmer produzieren, wodurch eine Schädigung der Wirtszellen und eine Invasion der Schleimhaut verhindert werden. Um den Pilz erkennen zu können, wurde eine Substanz, die von C. albicans produziert wird, entdeckt und zur Herstellung eines bakteriellen Sensors verwendet. Darüber hinaus wurde der entwickelte Sensor an ein Filamentationshemmungsmodul gekoppelt, das es Bakterienzellen ermöglicht, einen Filamentationshemmer zu produzieren, wodurch die Schädigung von Wirtszellen durch C. albicans blockiert wird. Das entwickelte System wurde in vitro während der Wechselwirkung mit Schleimhautzellen erfolgreich getestet. Der Einsatz von reprogrammierten Bakterien zur Prophylaxe von Pilzinfektionen ist eine neuartige Strategie mit großem Potenzial für die Zukunft. Darüber hinaus wird das in diesem Projekt entwickelte System auch als wertvolles Instrument dienen, um den Übergang von der nicht-pathogenen zur pathogenen Form von C. albicans sowie die Wechselwirkung von Bakterien- und Pilzarten mit dem Wirt zu untersuchen.