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Forschung

A)    Charakterisierung von Virulenzfaktoren extraintestinal pathogener E. coli (ExPEC)

Extraintestinal pathogene E. coli unterscheiden sich von apathogenen, kommensalen E. coli der Darmflora durch den Besitz spezifischer Faktoren (u.a. Adhärenzmoleküle, Toxine, Invasionsfaktoren, Eisenaufnahmesysteme), die als Fitnessfaktoren oder Pathogenitätsfaktoren die Kolonisierung der Wirtsschleimhäute oder die Infektion begünstigen. So weisen ExPECs im Vergleich zu den apathogener Kommensalen bis zu 20% (1 Mio Basenpaare) größere Genome auf. Diese zusätzliche genetische Information kodiert größtenteils für die erwähnten Pathogenitätsfaktoren und ist nicht gleichmäßig über das zirkuläre Genom der ExPECs verteilt. Vielmehr finden sich genomische Inseln („genomic islands“, GEIs oder „pathogenicity islands“, PAIs) als Orte konzentrierter genetischer Extrainformationen im Genom für die nachgewiesen werden konnte, dass sie über horizontalen Transfer von anderen Bakterienspezies und -gattungen erworben wurden.

Ein Hauptthema unserer Arbeitsgruppe ist die Charakterisierung neuer Virulenzfaktoren, respektive deren kodierenden DNA-Determinanten. Durch Einsatz von Microarrays können eine Vielzahl derartiger Faktoren hochparallel untersucht werden und infektionsrelevante Kombinationsmuster der Virulenzfaktoren nachgewiesen werden.

B)    Horizontaler Transfer und Evolution von Pathogenitätsinseln - Die High-Pathogenicity Island (HPI)

Pathogenitätsinseln als horizontal transferierbare, genetische Elemente, die für ExPEC Virulenzgene kodieren, gelten als die Schlüsselstrukturen für die Infektiösität der extraintestinal pathogenen E. coli. Wenngleich seit mehreren Jahren bekannt, sind die zentralen Fragen zur Mobilisierung und dem Transfer von Pathogenitätsinseln bislang noch unbeantwortet geblieben. Unsere Arbeitsgruppe hat die unter ExPECs weit verbreitete Pathogenitätsinsel HPI („High-Pathogenicity Island“) als Modell zur Bearbeitung und Beantwortung dieser Fragen ausgewählt. Durch die Entdeckung eines besonderen Typs der HPI bei dem E. coli-Stamm ECOR31 konnten wir einen Prototyp der mobilisierbaren Pathogenitätsinsel identifizieren und bereits grundlegende Mechanismen der Mobilisierung und des Transfers von Pathogenitätsinseln aufzeigen.

C)    Wirtsantwort auf Infektionen durch extraintestinal pathogene E. coli (ExPEC) – Erkennung durch das angeborene Immunsystem des Wirtes

Seit langem ist bekannt, dass ExPECs zur erfolgreichen Kolonisierung und Infektion der Harnwege besondere Faktoren (Adhärenzmoleküle wie Typ1-Fimbrien oder P-Fimbrien) besitzen müssen. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass ExPEC während einer Harnwegsinfektion nicht nur extrazellulär im Lumen der Harnwege vorkommen, sondern auch in Urothelzellen invadieren können. Sie bilden dann spezielle Strukturen aus, sog. IBC (“intracellular bacterial communities”), bei denen es sich um intrazelluläre Kolonien von ExPECs handelt. Wir untersuchen in unserer Arbeitsgruppe bakterielle Faktoren, die an der Invasion und dem erfolgreichen intrazellulären Überleben von ExPECs beteiligt sind.

Ein weiterer Themenschwerpunkt ist ExPECs-Faktoren gewidmet, die die angeborene Immunantwort („innate immune response“) des Wirtes unterlaufen oder unterdrücken. Seit einigen Jahren ist bekannt, das ExPEC - im Gegensatz zu apathogenen kommensalen E. coli - in der Lage sind, Toll-like receptor (TLR)-abhängige Signalkaskaden der Zelle erfolgreich zu inhibieren. Wir konnten kürzlich - gemeinsam mit der Arbeitsgruppe um Prof. Thomas Miethke, TU München - ein solches  ExPEC-Protein identifizieren (tcpC), das die MyD88-abhängigen Signalkaskaden von Urothelzellen und Makrophagen unterdrückt. Aktuell beschäftigen wir uns mit solchen ExPECs, die kein tcpC-Gen besitzen, aber dennoch Einfluss auf die Immunantwort nehmen. In diesen Projekten sollen weitere Faktoren identifiziert werden, die für eine erfolgreiche Manipulation des Immunsystems von Bedeutung sind.

D)    Klinisch-mikrobiologische Projekte

Neben der Etablierung verschiedener real-time PCR-Systeme zur molekularen Diagnostik von Infektionserregern stehen Projekte, u.a. zur molekularen Typisierung von bakteriellen Infektionserregern (z.B. Pseudomonas aeruginosa, Legionellen, MRSA, Mycobacterium abscessus) im Mittelpunkt des Interesses. Ein weiterer Schwerpunkt ist der Einsatz neuartiger Technologien wie z.B. des MALDI-TOF-Verfahrens in der mikrobiologischen Diagnostik.

E)    MALDI-TOF Schnelldiagnostik von Infektionserregern

Die moderne molekulare Infektionsdiagnostik befasst sich schwerpunktmäßig mit (i) der Identifikation und Differenzierung von Infektionserregern , (ii) dem Auffinden unterschiedlicher Virulenzfaktoren in Bakterienisolaten oder Patientenproben, (iii) der Aufklärung von Infektionsketten durch molekular-epidemiologische Untersuchungen und (iv) mit der Darstellung und Charakterisierung von Antibiotika-Resistenzfaktoren. Die „matrix assisted laser desorption/ionization - time of flight (MALDI-TOF)“ Massenspektrometrie (MS) stellt zurzeit eine Standardmethode der Proteinanalytik dar. Sie besitzt das Potential, durch genaue Massenbestimmung von Proteinen infektionsdiagnostische Fragestellungen exakt und mit bislang nicht erreichter Schnelligkeit zu beantworten. In den letzten Jahren hat sich MALDI-TOF MS eindrucksvoll weiter entwickelt. So ermöglicht es die MALDI-TOF Massenspektrometrie, mit geringsten Kosten in wenigen Minuten über das ribosomale Proteinmuster die vorliegende Erregerart zu identifizieren. In diesem Projekt wird die schnelle Erregerartidentifizierung so weiterentwickelt, dass aus dem Erregermassenspektrum auch Antibiotikaresistenzfaktoren (Betalaktamasen, Carbapenemasen u. a.) identifiziert werden können. Zudem werden die Grundlagen geschaffen, um mittels MALDI-TOF-Analyse die Identifikation nosokomialer Infektionserreger auf klonaler Ebene zu erreichen. Auf diese Weise können Übertragung und Ausbrüche von Infektionserregern im Krankenhaus schneller und einfacher erkannt und bekämpft werden. Damit wird es möglich sein, nach Kultivierung der mikrobiellen Erreger innerhalb von Minuten, die wichtigsten Parameter zu bestimmen, die für Therapie, Prävention und Epidemiologie von Infektionskrankheiten erforderlich sind.


Universitärer Partner:

PD Dr. med. Sören Schubert
Forschungsgruppenleiter, Ltd. Oberarzt
Max von Pettenkofer-Institut   
Marchioninistr. 17, 81377 München 
Telefon: 089 2180 78202    Telefax: 089 2180 78294
Email: schubert@med.uni-muenchen.de  
Web-Adresse: www.pettenkofer-institut.de


Industriepartner:

Dr. rer. nat. Markus Kostrzewa
Leiter der Entwicklungsabteilung
Bruker Daltonik GmbH
Fahrenheitstr. 4, D-28359 Bremen
Telefon: 0421 2205 1258    Telefax: 0421 2205 1400
Email: Marcus.Kostrzewa@bdal.de   
Web-Adresse: www.bdal.de