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Die Diagnose und Behandlung von bakteriellen und Pilzinfektionen stellen eine große Herausforderung bei pädiatrischen und erwachsenen Patienten mit beeinträchtigter Immunität dar, insbesondere bei Krebspatienten und Empfängern von Organ- oder Knochenmarktransplantationen. Aufgrund der fehlenden schnellen und zuverlässigen Diagnostik ist die Behandlung von Infektionen häufig auf prophylaktische oder erfahrungsbasierte Ansätze angewiesen. Bakterien und Pilze kolonisieren die gleichen Stellen im menschlichen Körper und aggregieren zu sogenannten Biofilmen, in denen sie entweder zusammenwirkend oder konkurrierend kommunizieren können. Kommunikation kann über die Produktion von Proteinen und die Sekretion von kleinen Molekülen erfolgen. Die Wechselwirkung zwischen Bakterien und Pilzen in Biofilmen kann zu einer erhöhten Resistenz gegenüber antibiotischer und antimykotischer Behandlung führen und die Mikroben können sich dadurch dem Immunsystem entziehen. Unsere jüngsten Studien zeigten, dass bestimmte Bakterien das Wachstum von Pilzen hemmen können, aber sobald die Bakterien durch antibiotische Behandlung eliminiert werden, können die Pilze wieder wachsen und sich ausbreiten. Daher sind Untersuchungen der Interaktionsweise von Bakterien und Pilzen für eine adäquate Diagnostik und Behandlung von großer Bedeutung. Im vorliegenden Projekt wollen wir i) molekulare Interaktionen zwischen den Pathogenen Candida und Klebsiella untersuchen, die spezifische Nischen im menschlichen Organismus repräsentieren, ii) kleine Moleküle, welche die Candida-Klebsiella Interaktion steuern, als potentielle Biomarker identifizieren und iii) die Wirts-Immunantwort auf polymikrobielle Infektionen mit Candida and Klebsiella charakterisieren. Zur Umsetzung der angeführten Vorhaben werden wir die in unserem Zentrum bereits etablierten Labortechniken verwenden, um zu untersuchen, wie diese Mikroben kommunizieren, Resistenz gegen die Behandlung entwickeln und wie sie dem Immunsystem entkommen. Die angeführten Studien zur Analyse spezifischer Gene, Proteine und kleiner Moleküle werden erwartungsgemäß eine experimentelle Basis für die Identifizierung und Nutzung diagnostisch verwertbarer Biomarker für Ko-Infektionen mit Bakterien und Pilzen liefern. Ein verbessertes Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen Mikroben, die ihre jeweiligen biologischen Eigenschaften beeinflussen, wird letztlich dazu beitragen, lebensbedrohliche invasive Infektionen bei Hochrisikopatienten effizienter zu behandeln.

Molekulare Wechselwirkungen von Bakterien und Pilzen und deren Auswirkungen auf Infektionen Das FWF-finanzierte Projekt zielt darauf ab, unser Verständnis der Bakterien-Pilz-Interaktionen (BPI) und deren Auswirkungen auf die Schwere von Infektionsverläufen, insbesondere im Kontext von Superinfektionen, zu verbessern. Aufbauend auf früheren Arbeiten, die eine antagonistische Beziehung zwischen Aspergillus fumigatus und Klebsiella pneumoniae charakterisierten (Nogueira et al., 2019), hat das Forschungsteam Multi-omics Ansätze verwendet, um bedeutende metabolische Veränderungen, Virulenzfaktoren und potenzielle Biomarker im Zusammenhang mit diesen hochkomplexen dynamischen Interaktionen aufzudecken. Jüngste Ergebnisse, die in Communications Biology veröffentlicht wurden (Bitencourt et al., 2024), zeigen, dass A. fumigatus bei Kontakt mit K. pneumoniae eine erhebliche metabolische Umstellung durchläuft, indem es den zentralen Kohlenstoffstoffwechsel auf alternative Wege wie den GABA-Shunt umschaltet. Diese metabolische Verschiebung führt zur Akkumulation spezifischer Metaboliten, die als Biomarker zur Überwachung von Infektionen dienen könnten. Darüber hinaus reduziert A. fumigatus die Aktivität seiner Eiweisssynthese, was Energie spart und die Anpassungsfähigkeit gegenüber bakterieller Konkurrenz erhöht. Die vollständige Publikation ist in Communications Biology neben einer vertieften Diskussion im "Behind the Paper" Blog erschienen. Die Forscher haben in Folge die Interaktionen zwischen Candida albicans und Klebsiella pneumoniae untersucht, wobei der Fokus auf den bedrohlichen Auswirkungen dieser Erreger auf immungeschwächte Patienten lag. Mithilfe von Biofilm Co-Kulturen und einer Transkriptom-RNA-Sequenzanalyse fanden sie deutliche Veränderungen der Genexpression in C. albicans, die darauf hindeuten, dass metabolische Anpassungen für das Überleben des Pilzes in einer Umgebung mit dominanter bakterieller Konkurrenz entscheidend sind. C. albicans aktiviert insbesondere Stressantwortwege und verändert Gene, die mit der dynamischen Biofilmbildung in Verbindung stehen. Eine weitere Untersuchung dieser Interaktionen wurde in Co-Kulturen von C. albicans mit Immunzellen wie Makrophagen durchgeführt, um die Dynamik zwischen Wirt und Erreger zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass BPI einzigartige Immunantworten hervorrufen, die möglicherweise die Infektionsverläufe beeinflussen können. Daraus ergeben sich wichtige Fragen für weitere Forschungen: 1. Ändert C. albicans das Virulenzprofil als Reaktion auf die Anwesenheit von Bakterien? 2. Wie beeinflussen mikrobielle Interaktionen die Immunantwort und könnten sie den Verlauf der Infektion verschlechtern oder zur Persistenz von Pathogenen beitragen? Das Forschungsteam ist dabei diese Fragen zu beantworten, wobei ein weiteres Manuskript über die neuesten Daten derzeit vorbereitet wird. Diese Arbeit könnte nicht nur zur Verbesserung unseres Verständnisses der BPI beitragen, sondern könnte auch eine Bedeutung für das klinische Management von komplexen Infektionen bei gefährdeten Patientengruppen haben.