Labor für Virus-Wirt Co-Evolution
Unsere Forschung
Viren sind auf Wirtsorganismen angewiesen, um ihren Lebenszyklus zu vollziehen und als eigenständige biologische Einheiten fortzubestehen. Im Verlauf der Evolution haben sich viele Viren an bestimmte Tierarten angepasst und können dauerhaft in diesen sogenannten natürlichen Wirten (Reservoirs) verbleiben. Wird ein Erreger von einem Reservoir jedoch auf einen nicht angepassten Wirt – etwa den Menschen – übertragen, kann dies zu schweren Krankheitsverläufen und globalen Gesundheitskrisen führen. In der Vergangenheit haben solche zoonotischen Virusübertragungen beispielsweise zu der AIDS- und der COVID-19-Pandemie geführt.
Trotz intensiver Forschung zu viralen Anpassungsstrategien sind die Abwehrmechanismen natürlicher Wirte bislang nur unzureichend verstanden – nicht zuletzt deshalb, weil sie sich über Millionen Jahre der Koexistenz mit Viren entwickelt haben. Daraus ergeben sich zentrale Forschungsfragen:
- Wie gelingt es natürlichen Wirten, Virusinfektionen zu tolerieren, die in anderen Arten schwere Erkrankungen auslösen?
- Was macht einen Virus pathogen im nicht angepassten Wirt?
- Lassen sich natürlich vorkommende Resilienzmechanismen auf Arten wie den Menschen therapeutisch übertragen, um virale Erkrankungen zu verhindern?
Im Labor für Virus-Wirt-Koevolution (VICO) widmen wir uns diesen Fragestellungen, indem wir die dynamischen Wechselwirkungen zwischen Viren und ihren Wirten molekularbiologisch untersuchen. Unser Fokus liegt auf evolutionär alten Säugetierarten, die bekannte Humanpathogene in sich tragen, selbst jedoch während einer Infektion symptomfrei bleiben – darunter Fledertiere, Nager, Insektenfresser, bestimmte Nutztiere sowie dem Menschen nahe verwandte Primaten.
Für unsere Forschung setzen wir dreidimensionale Organoid-Kultursysteme ein, die die natürliche Gewebearchitektur tierischer und menschlicher Wirte realitätsnah nachbilden. Sie ermöglichen es uns, Virus-Wirt-Interaktionen unter nahezu physiologischen Bedingungen im Labor zu untersuchen. Diese Organoidmodelle kombinieren wir mit funktionell-genetischen Methoden – darunter CRISPR-Cas9-Geneditierung und Einzelzell-Transkriptomanalysen –, um zu verstehen, wie genetische Unterschiede zwischen Wirtsarten die zelluläre Reaktion auf Virusinfektionen beeinflussen.
Unsere Forschung trägt damit nicht nur zum grundlegenden Verständnis von Virus-Wirt-Anpassung bei, sondern unterstützt auch die Entwicklung innovativer antiviraler Strategien – im Sinne eines One Health-Ansatzes, der die Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt ganzheitlich betrachtet.
Unsere Forschung
Viren sind auf Wirtsorganismen angewiesen, um ihren Lebenszyklus zu vollziehen und als eigenständige biologische Einheiten fortzubestehen. Im Verlauf der Evolution haben sich viele Viren an bestimmte Tierarten angepasst und können dauerhaft in diesen sogenannten natürlichen Wirten (Reservoirs) verbleiben. Wird ein Erreger von einem Reservoir jedoch auf einen nicht angepassten Wirt – etwa den Menschen – übertragen, kann dies zu schweren Krankheitsverläufen und globalen Gesundheitskrisen führen. In der Vergangenheit haben solche zoonotischen Virusübertragungen beispielsweise zu der AIDS- und der COVID-19-Pandemie geführt.
Trotz intensiver Forschung zu viralen Anpassungsstrategien sind die Abwehrmechanismen natürlicher Wirte bislang nur unzureichend verstanden – nicht zuletzt deshalb, weil sie sich über Millionen Jahre der Koexistenz mit Viren entwickelt haben. Daraus ergeben sich zentrale Forschungsfragen:
- Wie gelingt es natürlichen Wirten, Virusinfektionen zu tolerieren, die in anderen Arten schwere Erkrankungen auslösen?
- Was macht einen Virus pathogen im nicht angepassten Wirt?
- Lassen sich natürlich vorkommende Resilienzmechanismen auf Arten wie den Menschen therapeutisch übertragen, um virale Erkrankungen zu verhindern?
Im Labor für Virus-Wirt-Koevolution (VICO) widmen wir uns diesen Fragestellungen, indem wir die dynamischen Wechselwirkungen zwischen Viren und ihren Wirten molekularbiologisch untersuchen. Unser Fokus liegt auf evolutionär alten Säugetierarten, die bekannte Humanpathogene in sich tragen, selbst jedoch während einer Infektion symptomfrei bleiben – darunter Fledertiere, Nager, Insektenfresser, bestimmte Nutztiere sowie dem Menschen nahe verwandte Primaten.
Für unsere Forschung setzen wir dreidimensionale Organoid-Kultursysteme ein, die die natürliche Gewebearchitektur tierischer und menschlicher Wirte realitätsnah nachbilden. Sie ermöglichen es uns, Virus-Wirt-Interaktionen unter nahezu physiologischen Bedingungen im Labor zu untersuchen. Diese Organoidmodelle kombinieren wir mit funktionell-genetischen Methoden – darunter CRISPR-Cas9-Geneditierung und Einzelzell-Transkriptomanalysen –, um zu verstehen, wie genetische Unterschiede zwischen Wirtsarten die zelluläre Reaktion auf Virusinfektionen beeinflussen.
Unsere Forschung trägt damit nicht nur zum grundlegenden Verständnis von Virus-Wirt-Anpassung bei, sondern unterstützt auch die Entwicklung innovativer antiviraler Strategien – im Sinne eines One Health-Ansatzes, der die Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt ganzheitlich betrachtet.
Dr. Max Kellner
Die Interaktion von Wirt und Virus ist kein Kampf mit Siegern, sondern ein Ringen um Gleichgewicht im Rahmen einer gemeinsamen evolutionären Entwicklung.
Als gebürtiger Wiener sammelte Max Kellner bereits während seines Bachelorstudiums an der Universität Wien erste Labor- und Publikationserfahrungen als studentischer Mitarbeiter am Gregor-Mendel-Institut (GMI) in der Arbeitsgruppe von Michael Nodine. Dort war er an der Entwicklung von Methoden zur Untersuchung von Genregulationsprozessen durch Mikro-RNAs beteiligt und erforschte deren Rolle in der pflanzlichen Embryonalentwicklung. Für seine Masterarbeit forschte er als Gaststudent im Labor von Feng Zhang am Broad Institute of MIT and Harvard (USA) an Proteinen der bakteriellen Immunabwehr (CRISPR/Cas13) – mit besonderem Fokus auf deren Anwendung in der Virusdiagnostik (SHERLOCK) und der gezielten Regulation der Genexpression in Zellen.
Sein Doktoratsstudium begann Kellner an der University of Cambridge im Labor von Madeline Lancaster (MRC Laboratory of Molecular Biology), wo er mithilfe von Stammzellen und 3D-Organoiden evolutionsbiologische Fragestellungen zur menschlichen Gehirnentwicklung untersuchte. Aufgrund des ersten COVID-19-Lockdowns kehrte er vorübergehend nach Wien zurück und konnte dort als Gastwissenschaftler am Institut für Molekulare Pathologie (IMP) maßgeblich zur Entwicklung RT-LAMP-basierter Schnelltests für die Virusdiagnostik beitragen. Im Rahmen einer Forschungskooperation mit Wissenschaftler:innen vor Ort in Ghana wurde das Projekt weiterentwickelt, um Infektionen in ländlichen Regionen Westafrikas gezielter und effizienter nachweisen zu können.
Infolge dieser Tätigkeit und der inhaltlichen Neuausrichtung seiner Forschung während der ersten Phase der Pandemie verlagerte Kellner sein Dissertationsvorhaben dauerhaft nach Wien und promovierte im Labor von Josef Penninger am Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA). In der Dissertation etablierte er neuartige Organoid-Zellkultursysteme für Fledertiere und leistete zentrale Beiträge zum Verständnis ihrer Immunantwort gegenüber hochpathogenen Viren wie dem Marburgvirus sowie humanpathogenen Coronaviren wie MERS-CoV und SARS-CoV-2.
Seit dem 1. April 2025 leitet Kellner die Nachwuchsgruppe VICO (Virus-Wirt Coevolution) am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI). Der Schwerpunkt seiner Forschung liegt auf den molekularen Wechselwirkungen zwischen Viren und ihren Wirten, mit besonderem Fokus auf evolutionär entstandene Mechanismen der angeborenen Immunität und viralen Resilienz bei Säugetieren.
Ausgewählte Publikationen
Bat organoids reveal antiviral responses at epithelial surfaces. Accepted for publication in Nature Immunology. Pre-Print bioRxiv 2024. DOI: 10.1101/2024.04.05.588241
Max J. Kellnerⴕ, Vanessa Monteil, Patrick Zelger, Gang Pei, Jie Jiao, Masahiro Onji, Komal Nayak, Matthias Zilbauer, Anne Balkema-Buschmann, Anca Dorhoi, Ali Mirazimi, Josef M. Penningerⴕ.
Molecular diagnostics with a lyophilized open-source RT-LAMP assay. In revision in Life Science Alliance. Pre-Print medRxiv 2024. DOI: 10.1101/2024.11.19.24317525.
Martin Matl*, Max J. Kellner*, Felix Ansah*, Irina Grishkovskaya, Dominik Handler, Robert Heinen, Benedikt Bauer, Luis Menéndez-Arias, Thomas O. Auer, Lucia L. Prieto-Godino, Josef M. Penninger, Vienna Covid-19 Detection Initiative (VCDI), Gordon A. Awandareⴕ, Julius Brenneckeⴕ, Andrea Pauliⴕ
A Rapid, Highly Sensitive and Open-Access SARS-CoV-2 Detection Assay for Laboratory and Home Testing. Frontiers in Molecular Biosciences 2022. DOI: 10.3389/fmolb.2022.801309
Max J Kellner*ⴕ, James J Ross*, Jakob Schnabl*, Marcus P S Dekens, Martin Matl, Robert Heinen, Irina Grishkovskaya, Benedikt Bauer, Johannes Stadlmann, Luis Menéndez-Arias, Andrew D Straw, Robert Fritsche-Polanz, Marianna Traugott, Tamara Seitz, Alexander Zoufaly, Manuela Födinger, Christoph Wenisch, Johannes Zuber, Andrea Pauliⴕ, Julius Brenneckeⴕ
Crimean-Congo haemorrhagic fever virus uses LDLR to bind and enter host cells. Nature Microbiology 2024. DOI: 10.1038/s41564-024-01672-3
Vanessa M Monteil, Shane C Wright*, Matheus Dyczynski*, Max J Kellner, Sofia Appelberg, Sebastian W Platzer, Ahmed Ibrahim, Hyesoo Kwon, Ioannis Pittarokoilis, Mattia Mirandola, Georg Michlits, Stephanie Devignot, Elizabeth Elder, Samir Abdurahman, Sándor Bereczky, Binnur Bagci, Sonia Youhanna, Teodor Aastrup, Volker M Lauschke, Cristiano Salata, Nazif Elaldi, Friedemann Weber, Nuria Monserrat, David W Hawman, Heinz Feldmann, Moritz Horn, Josef M Penninger, Ali Mirazimi.
Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6. Science 2018. DOI: 10.1126/science.aaq0179
Jonathan S Gootenberg*, Omar O Abudayyeh*, Max J Kellner, Julia Joung, James J Collins, Feng Zhang.
* Equal contribution
ⴕ Co-corresponding authors
Publikationen
Eine vollständige Liste der Publikationen finden Sie hier.
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