Einzelzellanalyse

Pathogene Bakterien können in ihrem Wirt zeitlebens verharren und trotz durchgehender Kontrolle durch das Immunsystem zu wiederkehrenden Infektionen führen. Die Mechanismen, wie sich ein Teil der Krankheitserreger der Kontrolle des Immunsystems entziehen und im Wirt ausbreiten kann, sind weitestgehend unverstanden. Unsere Arbeitsgruppe entwickelt hierfür Verfahren zur Transkriptom-Analyse von Einzelzellen, um den Mikrolebensraum einzelner Krankheitserreger besser verstehen und die funktionellen Auswirkungen auf den Verlauf von Infektionen analysieren zu können.

Leitung

Unsere Forschung

Wiederkehrende bakterielle Infektionen können von einer kleinen Subpopulation von Krankheitserregern verursacht werden, die in verschiedenen Zell- und Gewebetypen asymptomatisch überdauern. Diese als „Persister“ bezeichneten Bakterien sind aufgrund einer speziellen Zellorganisation vor dem Immunsystem des Wirtes geschützt und zeigen sich unempfindlich gegenüber Antibiotikagabe.

3D-t-SNE Projektion der Transkriptomsignatur von Immunzellen. © HIRI

Die zellulären Mechanismen und bevorzugten Nischen der Pathogene sind weitestgehend unverstanden und scheinen äußerst vielfältig zu sein. So kann beispielsweise Salmonella spp in einer Vielzahl von Zelltypen, wie Makrophagen, neutrophilen Granulozyten, dendritischen Zellen und Epithelzellen, überdauern. Dass sich diese großen Zelltypen in zahlreiche Unterklassen einteilen lassen, hat erst in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Auch innerhalb eines infizierten Gewebes können sich viele Zellen vom Entzündungsherd lösen und in andere Gewebe streuen. In vivo Einzelzellstudien stellen daher eine essentielle Möglichkeit dar, die Heterogenität infizierter Zellen, deren Mikroumgebung und ihre Funktion analysieren zu können.

Humane, Murine oder In vitro- Einzelzellen können durch Durchflusszytometrie- bzw. Mikrofluidik-basierte RNA Sequenzierungs-Verfahren isoliert und analysiert werden. (verändert nach Saliba et al. 2017 Biospektrum) © HIRI

In unserer Arbeitsgruppe entwickeln und kombinieren wir Einzelzell-Transkriptom-Ananlysen in vivo und in vitro. Auf diesem Wege untersuchen wir die zelluläre Organisation innerhalb von Infektionsherden und betrachten funktionelle Auswirkungen auf den Krankheitsverlauf.
Die jüngste Entwicklung der genomweiten Trankriptom-Analyse auf Einzelzellebene bietet die Möglichkeit, parallel die Identität und Funktion von Zellen zu bestimmen. Darauf aufbauend haben wir Methoden der Einzelzell-RNA-Sequenzierung entwickelt, mit deren Hilfe wir Heterogenität in Immunprozessen analysieren können. So konnten wir beispielsweise bei Makrophagen aus dem Knochenmark von Mäusen, die mit Salmonella infiziert wurden, eine Subpopulation von Zellen beschreiben, die sich der Aktivierung der Entzündungsreaktion und Immunantwort entziehen konnte. Im nächsten Schritt möchten wir die Techniken der in vitro-Analyse in Zellkulturen auf Einzelzellanalysen in infizierten Geweben übertragen.

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