Genomanalytik

Genomanalytik

Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung verfügt dank kontinuierlicher Forschungs- und Entwicklungsarbeit über eine große Expertise in der Genexpressionsanalyse. Diesen Service können Wissenschaftler des Zentrums in Anspruch nehmen; er wird aber auch externen Kunden zur Verfügung gestellt.

Die Arbeitsgruppe "Genomanalytik" untersucht mit modernster Technologie die Erbsubstanz von mikrobiellen Erregern und ihren Wirten. Im Vordergrund steht hierbei die Entschlüsselung molekularer Mechanismen, die den Pathogenen erlauben Wirtszellen zu infizieren, um damit ihren schädlichen Einfluss auf den Wirtsorganismus auszuüben. 

Unsere Forschung

Genomanalytik im Labor

Unsere Wissenschaftler untersuchen die Erbsubstanzen verschiedener bakterieller Krankheitserreger, wie Mycobakterium tuberculosis, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus sowie viraler Erreger wie Hepatitis B Virus und Influenza Virus und sie erforschen molekulare Abwehrstrategien der Immunzellen von Wirtsorganismen.

Das Wissen um die molekularen Zusammenhänge, wie ein Pathogen seine Pathogenität auf den Wirtsorganismus überträgt, kann genutzt werden, um z. B. durch gezielte pharmakologische Eingriffe diesen Mechanismus zu stören, um damit die Infektionsgefahr zu eliminieren. 

In den Genen kodiert

Welche Abwehrmechanismen einem Organismus zur Verfügung stehen, ist in seinen Genen kodiert. Allerdings ist die kodierende Gensequenz allein nicht ausreichend, um zu verstehen, wie die molekulare Abwehr und der Angriff funktionieren. Es ist das Zusammenspiel weiterer regulatorischer Faktoren, die ein räumlich und zeitlich gut koordiniertes Erscheinen von Effektormolekülen ermöglichen. Ob ein Gen überhaupt seine Wirkung in der Zelle entfalten kann, ist nicht nur abhängig von Gendefekten (Mutationen), sondern auch durch sogenannte epigenetische Faktoren bestimmt.

Eine chemische Modifikation der DNA (DNA Methylierung) oder Interaktionen DNA-bindender Proteine (Transkriptionsfaktoren) ermöglichen bzw. verhindern die wirksame Aktivierung von Effektormolekülen. Darüber hinaus können sogenannte nicht codierende kleine RNA Moleküle (shRNA, microRNA, ncRNA), selbst nach erfolgreicher Genaktivierung der Effektormoleküle (Genexpression), die Prozessierung in funktionelle Proteine verhindern. Man spricht hier dann von RNA-Interferenz oder RNAi.

Wie sich Pathogene die wirtseigene molekulare Maschinerie zunutze machen

Jahrtausende währende Co-Existenz von Pathogenen mit ihren Wirten, haben es dem Pathogen ermöglicht, die wirtseigene molekulare Maschinerie für ihre eigenen Zwecke zu benutzen, indem sie in die regulatorischen Prozesse eingreifen. Dabei ist es für das Pathogen wichtig, die richtigen Zellen mit dem passenden Mechanismus im Wirt zu finden, zu erkennen und zu infiltrieren. Diese, als Pathogenitätsfaktoren bezeichneten Moleküle, unterliegen ebenfalls einer strengen Kontrolle, damit der Infektionsprozess erfolgreich ist.

Enge Zusammenarbeit mit Genomanalytikern

Die Forscher in der Arbeitsgruppe arbeiten eng mit Forschern anderer Arbeitsgruppen auf dem Gebiet der Genomanalyse am HZI zusammen. Gesucht werden genetische Determinanten auf den unterschiedlichen Stufen der molekularen Informationsspeicherung (DNA: Mutationen, Polymorphismen, Chromosomale Abberationen; RNA: veränderte Genexpression, RNAi; epigenetisch: Methylierungsmuster, Transkriptionsfaktoren).

Dabei kommen hochauflösende und moderne Systeme zum Einsatz: HT-Kapillarsequenzierung (96-plex Sanger-Sequenzierung), Next Generation Genome Analyzer (Millionenfache parallele Sequenzierung), ultradichte Mikroarrays zur Genomanalyse/Genexpression.

Leitung

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