KI-generiertes Bild: Bakteriophage attackiert ein Bakterium

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Antivirale Immunität von Bakterien

Bakterielle und virale Krankheitserreger

HZI Campus

Bakteriophagen sind natürliche, sich rasch weiterentwickelnde Bakterienkiller, die als antimikrobielle Wirkstoffe eingesetzt werden können. Um sich gegen den Befall durch Phagen zu wehren, entwickeln Bakterien ausgeklügelte Abwehrsysteme, von denen viele auffallende Ähnlichkeiten mit dem eukaryotischen Immunsystem aufweisen. Wir untersuchen diese antiviralen Immunsysteme der Bakterien sowie die raffinierten Strategien, mit denen Phagen diese überwinden. Unser Ziel ist es, zu verstehen, wie Phagen die vielschichtigen Abwehrmechanismen der Bakterien umgehen, und dieses Wissen zur Entwicklung effizienterer Ansätze für die Phagentherapie zu nutzen.

Leitung

Dr. Iana Fedorova

Forschungsgruppenleiterin

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Unsere Forschung

Antivirale bakterielle Immunität

Bakteriophagen weisen ein großes Potenzial als Therapie bei bakteriellen Infektionen auf, doch ihr klinischer Einsatz wird durch ihre Spezifität eingeschränkt: Oft infizieren sie nur bestimmte Bakterienstämme und sind nicht in der Lage, andere klinische Isolate abzutöten. Einer der Hauptgründe für diese Phagenspezifität ist die Bildung einzigartiger antiviraler Schutzbarrieren in verschiedenen Bakterienstämmen, die diese gegen Phagen resistent machen. Die antiviralen Immunsysteme von Bakterien sind äußerst vielfältig. Um den viralen Bedrohungen aus ihrer Umgebung besser standhalten zu können, nehmen Bakterienstämme ständig Immun-Gene auf, indem sie mobile genetische Elemente wie Transposons in ihr Genom einbauen. Dies führt zur Entstehung von Immun-Genclustern, sogenannten „Verteidigungsinseln“ (engl. defense islands), die Dutzende verschiedener antiviraler Gene umfassen können. Anhand klinischer Stämme von Pseudomonas aeruginosa und Burkholderia cenocepacia untersuchen wir, wie sich „Verteidigungsinseln“ bilden, wie sie reguliert werden und wie sie antiviralen Schutz bieten. Unser Ziel ist es, die Barrieren zu identifizieren, denen Phagen gegenüberstehen, und Bakteriophagen so zu verbessern, dass sie diese überwinden können, um eine effizientere Phagentherapie zu ermöglichen.

Anti-Immun-Phagengene

Anti-Verteidigungs-Phagenprotein Abbildung — Beispiel für ein Anti-Verteidigungs-Phagenprotein

Ähnlich wie Bakterien nutzen Phagen den horizontalen Gentransfer, um Gene zu erwerben, die es ihnen ermöglichen, bakteriellen Abwehrmechanismen entgegenzuwirken und die bakterielle Immunität zu überwinden. Diese Gene sind im Phagengenom häufig als Anti-Verteidigungs-Hotspots (engl. anti-defense hotspots) kodiert. Mithilfe genetischer und biochemischer Ansätze wollen wir die Rolle dieser Anti-Verteidigungs-Gene für die Infektiosität von Phagen verstehen.

Phagen-Engineering

Phagen Abbildung — Phagen-Engineering für eine effektivere Phagentherapie

Phagen erwerben ständig neue Gene und modifizieren ihr Genom, um Bakterien im Kampf zu überwinden. Wir wollen dies im Labor nachbilden und sind davon überzeugt, dass rationales Phagen-Engineering dazu beitragen wird, effektivere Ansätze für die Phagentherapie zu entwickeln.