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Biologische Codes von Pathogenen

Bakterielle und virale Krankheitserreger

HZI Campus

Die Vielfalt von Pathogenen auf unserem Planeten ist atemberaubend. Ähnlich wie wir Menschen täglich unsere Kleidung wechseln, kann selbst ein einzelnes nanoskopisches Pathogen sein Äußeres an die Umgebung anpassen. Ziel der Forschungsgruppe „Biologische Codes von Pathogenen“ (CODE) ist es, die Ursachen und Konsequenzen dieser molekularen Heterogenität einzelner Pathogene besser zu verstehen und gezielt zu beeinflussen. Durch die Entschlüsselung der „dunklen Materie“ von Pathogenen wollen wir langfristig innovative therapeutische und diagnostische Ansätze entwickeln, um zukünftige Pandemien einzudämmen oder zu verhindern.

Leitung

Dr. Jan Schlegel

Forschungsgruppenleiter

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Unsere Forschung

Unsere Forschung konzentriert sich darauf die biologischen Codes von Pathogenen auf molekularer Ebene zu entschlüsseln und beeinflussen zu können. Wenn wir an ein Pathogen denken, zum Beispiel ein einzelnes Virus-Partikel, dann haben wir meist ein vereinfachtes Bild vor Augen wie dieses aussieht und aufgebaut ist. Allerdings vernachlässigen wir dabei wie unterschiedlich dieses einzelne Partikel - selbst bei identischer genetischer Ausstattung - aufgebaut sein kann. Da diese unterschiedlichen Erscheinungsformen Einfluss auf die Eigenschaften des Pathogens nehmen, ist es wichtig, diese besser zu verstehen, um Infektionskrankheiten einzudämmen. Die Vielfalt dieser Erscheinungsformen ist bedingt durch das Zusammenspiel unterschiedlicher biologischer Codes. Unser Team hat es sich zur Aufgabe gesetzt, neue Technologien zur Entschlüsselung dieser Codes zu entwickeln, um deren physiologische Relevanz zu erforschen und sie beeinflussen zu können. Die Erforschung dieser molekularen Codes wird insbesondere durch zwei Hürden erschwert:

Die nanoskopische Größe vieler Pathogene
Die Komplexität der Lebenszyklen und Interaktionen mit ihrer Umgebung

Die erste Hürde wird oft durch Signalverstärkung durch das gleichzeitige Messen vieler Pathogene („bulk“) gelöst, wodurch jedoch die Information über die Heterogenität verloren geht. Durch den Einsatz von Hochdurchsatz-Technologien mit Einzelpartikel-Auflösung und fortschrittlichen Mikroskopie-Methoden können wir diese Vielfalt detektieren und analysieren.

Um die komplexen Interaktionen der Pathogene mit ihrer Umgebung besser verstehen zu können, verwenden wir Methoden der synthetischen Biologie, welche es uns erlauben, gewisse Fragestellungen in einem definierten und vereinfachten System zu untersuchen. So können wir zum Beispiel eine stark vereinfachte künstliche Zelle bauen, um das Bindeverhalten von Viren zu analysieren. Durch den Einsatz von umgebungssensitiven Reporter-Molekülen erforschen wir außerdem die kollektiven biophysikalischen Eigenschaften von Pathogenen.