Mehr als vier Millionen Todesfälle stehen weltweit jährlich im Zusammenhang mit antimikrobiellen Resistenzen. Diese gelten daher auch als stille Pandemie. Bakteriophagen (Phagen) sind natürliche Gegenspieler von Bakterien und können unter bestimmten Bedingungen eine Therapie gegen antibiotikaresistente bakterielle Infektionen sein. In ihrem typischen Lebenszyklus schleusen Phagen ihr Erbgut in Bakterien ein und bringen diese dazu, Phagen zu produzieren. Anschließend werden die Bakterien aufgelöst und neue Phagenpartikel freigesetzt.
Das vom ERC geförderte Projekt PEPHI (Permanent Phage Infections) unter der Leitung von Dr. Milan Gerovac am HZI baut auf der Beobachtung eines weiteren, bisher wenig erforschten Vermehrungsmechanismus auf. Einige Phagen können sich über Generationen hinweg synchron mit ihrem Wirt vermehren, ohne dass es zur Auflösung der befallenen Bakterien kommt – eine permanente Infektion. „Wenn sich Phagen vermehren, ohne den Wirt aufzulösen, so ist dies mit klassischen Plaque Assays experimentell schwer nachzuweisen“, sagt Gerovac. Bei dieser Labormethode „fressen“ Bakteriophagen sichtbare Löcher in eine dichte Schicht von Bakterien. „Dank der ERC-Förderung werde ich mit meinem Team neue Methoden entwickeln, um die unsichtbare Vermehrung von Phagen zu untersuchen.“ Mithilfe von elektronenmikroskopischer Bildgebung und Einzelzellsequenzierungen wollen die Forscher:innen die permanenten Infektionen charakterisieren und Faktoren identifizieren, die für den Eintritt in diesen Vermehrungszyklus entscheidend sind. Dabei legen Gerovac und sein Team den Fokus auf kernbildende Phagen. Bei dieser Gruppe ist das Phagenerbgut während der Infektion durch eine Hülle aus Protein abgetrennt und vor bakteriellen Abwehrsystemen geschützt. Diese Proteinhülle – der Phagenkern – könnte die Schlüsselstruktur für diese Art der Vermehrung darstellen.
Bei Infektionen im menschlichen Körper herrschen keine idealen Bedingungen für die Vermehrung von Bakteriophagen, da die Pathogene, die ihre Wirte sind, gestresst sind. Kernbildende Phagen können sich unter diesen Bedingungen trotzdem vermehren. Damit dies nutzbar wird für die Phagentherapie, muss der Vermehrungsmechanismus jedoch noch aufgeklärt werden. „Perspektivisch wollen wir gezielt hypervirulente Phagen entwickeln, die nicht mit Bakterien koexistieren, sondern diese direkt auflösen“, sagt Gerovac.
„Der ERC Starting Grant ist die höchste Anerkennung für Nachwuchsforschende in Europa und eine verdiente Auszeichnung für Milan Gerovac. Ich bin froh, dass wir einen exzellenten Wissenschaftler wie ihn dank des MICROSTAR-Programms als Nachwuchsgruppenleiter ans HZI holen konnten“, sagt Prof. Josef Penninger, wissenschaftlicher Geschäftsführer des HZI. „Milan Gerovacs Forschung verkörpert die Vision dieses Programms: die Grundlagen der Anpassungsfähigkeit von Mikroben zu entschlüsseln und mittels Bioengineering neue medizinische Anwendungen zu entwickeln.“
Gerovac leitet seit 2024 die Nachwuchsgruppe „Komplexe in Phageninfizierten Zellen“ im MICROSTAR-Programm des HZI. Zuvor forschte er als Postdoc an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) und dem Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI), einem Standort des HZI in Kooperation mit der JMU.
