Forschungsschwerpunkte

Wie lösen Bakterien, Viren, Parasiten und Pilze Krankheiten aus? Und wie setzt sich unser Immunsystem gegen sie zur Wehr? Auf diese Fragen wollen wir am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) fundierte Antworten finden. Unser Ziel dabei: Die Grundlagen für neue Diagnoseverfahren, neue Wirkstoffe und neue Therapien gegen Infektionskrankheiten zu schaffen.

Die Forscher unseres Zentrums nehmen sich – gemeinsam mit rund 100 Gastwissenschaftlern aus aller Welt – diesen drängenden Aufgaben an. Mit anspruchsvoller Labortechnik beobachten sie Erreger beim Angriff und Immunzellen bei deren Abwehr. Sie analysieren die molekulare Struktur der „Waffen“, die Krankheitserreger auf ihre Zielzellen richten, und arbeiten an Methoden, diese zu entschärfen. Sie suchen nach Substanzen aus Natur und Labor, die Krankheitskeime unschädlich machen und Infektionen verhindern oder kurieren können. Sie nutzen Hightech-Analysegeräte und studieren Infektionsprozesse in Zellkulturen, in aufwändigen Computersimulationen, in Mäusen – all dies im Interesse einer gesünderen Zukunft.

Damit verfolgt das HZI die Ziele der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren und trägt zur erfolgreichen Umsetzung der Forschungsstrategie der Bundesregierung bei. Die Aktivitäten der Helmholtz-Gemeinschaft gliedern sich in sechs Forschungsbereiche mit verschiedenen Programmen. Nach jeweils fünf Jahren bewerben sich die mittlerweile 18 Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft mit den von ihnen entworfenen Programmen in einem Wettbewerb um Fördergelder.

Das HZI konzentriert sich dabei auf das Programm "Infektionsforschung". Ziel ist es, die wachsenden Herausforderungen der Infektionsforschung zu lösen: Zunehmend auftretende Antibiotika-Resistenzen, erleichterte Übertragungswege von Krankheitserregern durch unsere hohe Mobilität und den Klimawandel sowie eine immer älter werdende Bevölkerung fördern die Ausbreitung von Infektionen. Dazu kommen Ausbrüche bislang unbekannter Krankheiten wie SARS, Vogel- oder Schweinegrippe. Bekannte Erreger steigern plötzlich ihre Aggressivität, wie bei der EHEC-Epidemie 2011 in Norddeutschland.

Die einzelnen Forschungsprojekte des HZI sind im Rahmen des Forschungsprogramms drei Themen ("Topics") zugeordnet:

Die Triade „Pathogen – Patient – Behandlung/Prävention“ bildet die Grundlage des Programms „Infektionsforschung“. Sie spiegelt sich in den drei Topics wider, die die zentralen Forschungsgebiete des HZI definieren.

Diese Programmstruktur ist auf die Besonderheiten der Erforschung von Infektionskrankheiten zugeschnitten, deren Bekämpfung ein umfassendes Verständnis von Infektionsprozessen auf den Ebenen des Wirts, des Krankheitserregers und der möglichen Behandlungs- oder Vorbeugungsmaßnahmen erfordert. Ein intensiver Kontakt und Austausch zwischen den einzelnen Themen sichert den Erfolg des Programms.

Aus den drei Topics (Forschungsthemen) sind themenübergreifende „Research Foci“ (Forschungsschwerpunkte) hervorgegangen, die die interdisziplinäre und strategische Ausrichtung des Programms widerspiegeln. Diese befassen sich mit den klinisch relevanten Schwerpunktbereichen „Antibiotikaresistenzen“, „Gastrointestinale Infektionen“, „Chronische Virale Infektionen“, „T-Zell-Targeting und Impfstrategien“ sowie „Epidemiologie“.

Research Foci am HZI

Um klinisch relevante Probleme noch gezielter in Angriff nehmen zu können, hat das HZI einen dynamischen, interdisziplinären Forschungsansatz entwickelt, der Fachkompetenz und Technologien aus allen drei Topics integriert. Die daraus hervorgegangenen Forschungsschwerpunkte („Research Foci“) verknüpfen Grundlagenforschung mit klinisch und pharmazeutisch ausgerichteter Forschung. Als anspruchsvolle interdisziplinäre Projekte nutzen sie die Expertise aller drei Topics, um jeweils ein spezifisches Problem der Gesundheitsforschung zu bearbeiten.

Abb. 4: Abbildung: Die drei Topics bilden jeweils die Grundlage für interdisziplinäre Schwerpunktprojekte. Der Umfang der Säulen zeigt näherungsweise die relative Größe jedes Research Focus (Personal, Ausstattung, Finanzierung). Die Farben zeigen an, welchen Anteil jedes Topic zum jeweiligen Research Focus beisteuert.

Gegenwärtig werden fünf größere topicübergreifende Research Foci bearbeitet. Ihre Auswahl und ihre Inhalte richten sich nach Expertise und Forschungsschwerpunkten der HZI-Wissenschaftler, aber auch nach den besonderen Kompetenzen der Kooperationspartner des Zentrums. Die Foci sind herausragende Beispiele für den integrierten Ansatz des Programms “Infektionsforschung”. Sie ergänzen gezielt Schwerpunkt-Aktivitäten, die durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert werden (etwa im Rahmen  des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung DZIF), ebenso wie Programme der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Europäischen Union oder anderer nationaler und internationaler Förderinstitutionen.

Die fünf Research Foci (RF) lauten:

  1. Antibiotika-Resistenz (AMR)
  2. Gastrointestinale Bakterielle Infektionen (GAST)
  3. Chronische Virale Infektionen (CVIR)
  4. T-Zell-Targeting und Impfstrategien (TVAC)
  5. Epidemiologie (EPI)

Research Focus Antibiotika-Resistenz („Antimicrobial Resistance“, AMR)

Zunehmende Resistenzen gegen Antibiotika stellen eine ernste Bedrohung dar, insbesondere da neue Medikamente fehlen. Forscher im Research Focus AMR  verknüpfen Expertise aus verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen und langjährige Erfahrung in der Industrie oder in Forschungskooperationen, um dieser Herausforderung zu begegnen. Dabei verfolgen sie eine breit angelegte Strategie: Sie erforschen die molekularen Mechanismen bei der Entstehung von Resistenzen, erkunden neuartige Methoden zur Bekämpfung von Krankheitserregern und entdecken und optimieren neue antiinfektive Wirkstoffe.

Sie arbeiten daran,  Methoden zur frühzeitigen Erkennung von resistenten Erregern sowie neue Behandlungskonzepte zu entwickeln, die gezielt die Pathogenitätsmechanismen der Erreger blockieren und so möglicherweise die Entstehung von Resistenzen vermeiden. Sie identifizieren neue antiinfektive Naturstoffe mit neuartigen Wirkmechanismen und entwickeln sie weiter. Durch nachhaltige biotechnologische Produktionsverfahren wird dabei sichergestellt, dass genügend Material für fortgeschrittene präklinische Untersuchungen zur Verfügung steht.

Die Forschung des Research Focus AMR hat bereits zur Entdeckung von mehreren solcher Wirkstoffe mit neuartigen Wirkmechanismen geführt – darunter  auch mögliche Medikamente gegen Gram-negative Bakterien, die besonders schwer zu bekämpfen sind.

Research Focus: Gastrointestinale BaKterielle Infektionen (GAST)

Bislang sind die Möglichkeiten zu einer wirkungsvollen Behandlung akuter und chronischer Infektionen des Magen-Darm-Trakts begrenzt. Deshalb nutzt der Research Focus GAST die Expertise von Forschern verschiedener Disziplinen, um ein umfassendes Verständnis solcher Infektionen, ihres Verlaufs und ihrer möglichen Komplikationen zu erlangen. Sie untersuchen grundlegende Virulenzmechanismen von Erregern (etwa Salmonellen, EHEC und Clostridium difficile) sowie deren Wechselspiel mit dem Immunsystem des Wirts und mit der Mikroben-Gemeinschaft im Darm, der so genannten Mikrobiota. Neue Technologien ermöglichen es, solche Virulenzstrategien und die molekularen Mechanismen der bakteriellen Pathogenität besser zu verstehen und so neue Ansatzpunkte für Therapien zu finden.

Research Focus: Chronische virale infektionen (CVIR)

Chronische Infektionen durch Hepatitis- und Herpesviren stellen weltweit ein erhebliches Gesundheitsproblem dar. Seit kurzem stehen effektive Medikamente gegen Hepatitis-C-Virus-(HCV-)Infektionen zur Verfügung – doch es bleibt eine Herausforderung, sie allen Menschen zugänglich zu machen, die sie benötigen. Die Wirksamkeit von Therapien gegen Cytomegaloviren (CMV) wiederum wird durch Nebenwirkungen und Resistenzbildung eingeschränkt. Weder gegen HCV noch gegen CMV existieren wirksame Impfungen. Das Verständnis der Mechanismen von Krankheitsentstehung, Immunabwehr und viraler Evasion – der Strategien, mit denen Viren sich dem Immunsystem entziehen – ist unvollständig. Wissenschaftler im Research Focus CVIR untersuchen diese Mechanismen, um die Grundlagen der Persistenz von HCV- und CMV-Infektionen zu verstehen. Insbesondere die Erforschung unzureichender oder fehlerhafter Immunantworten durch T-Zellen oder Antikörper soll zur Entwicklung neuartiger Präventionsmaßnahmen beitragen.

Research Focus: T-Zell-Targeting und Impfstrategien (TVAC)

Für viele neu entstehende oder wiederkehrende Infektionskrankheiten gibt es weder Therapien noch Impfungen. Dies gilt insbesondere für Menschen, die besonders anfällig für schwere Krankheitsverläufe sind oder schlecht auf medizinische Gegenmaßnahmen ansprechen. Wissenschaftler im Research Focus TVAC arbeiten in experimentellen und klinischen Forschungsprojekten daran, diese Wissenslücken zu schließen. Sie erforschen immunbasierte Verfahren, um hartnäckige Infektionen insbesondere in besonders anfälligen Patienten zu verhindern oder zu behandeln. Die Forschungsarbeiten führen zu einem besseren Verständnis der individuell unterschiedlichen Empfänglichkeit für Infektionen sowie für Impfungen (zum Beispiel im Fall der Grippe oder Influenza). Auf diese Weise ermöglichen sie die Entwicklung neuer Technologien für Vorbeugungs- und Therapiekonzepte.

Research Focus: Epidemiologie (EPI)

Der Research Focus EPI untersucht die gesellschaftliche Dimension von Infektionserkrankungen, um die Grundlagen für wirkungsvolle Maßnahmen auf der Ebene der öffentlichen Gesundheit zu schaffen. Das „Surveillance Outbreak Response Management and Analysis System” (SORMAS) ist ein herausragendes Beispiel für eine am HZI entwickelte Technik, die bereits zur Überwachung und Kontrolle von Krankheitsausbrüchen in Nigeria eingesetzt wird und zum Verständnis der Ausbreitung von Infektionen beiträgt. Am HZI entwickelte besondere Module zum Thema „Infektionen“ innerhalb der NAKO-Gesundheitsstudie untersuchen, wie Infektionen an der Entstehung von nichtübertragbaren Erkrankungen beteiligt sind und umgekehrt. Die Erkenntnisse daraus sollen neue Vorsorge-Strategien gegen die betreffenden Krankheiten ermöglichen. Darüber hinaus entwickeln Wissenschaftler im Research Focus EPI neuartige diagnostische Verfahren, wie die differentielle Serologie, die es erlaubt, auf Basis immunologischer Biomarker die Wirksamkeit von Impfstrategien in der Bevölkerung zu messen. 

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