SPP 1316: Host-adapted Metabolism of Bacterial Pathogens
Agriculture, Forestry and Veterinary Medicine
Biology
Chemistry
Thermal Engineering/Process Engineering
Final Report Abstract
Warum können sich Bakterien im Körper eines Wirts vermehren und zu Krankheiten führen? Zur Beantwortung dieser Fragestellung reicht die Kenntnis von spezifischen Virulenzfaktoren wie Toxinen oder Invasinen allein nicht aus. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms wurde untersucht, welche metabolischen Anpassungen bakterielle Infektionserreger während der Kolonisierung ihrer Wirte erreichen, wie der bakterielle Metabolismus mit dem des Wirts verbunden ist, und welche Steuerungsmechanismen von Erreger und Wirt aktiviert werden. Neue, hochsensitive Verfahren der Bioanalytik erlaubten die systematische Analyse der Anpassung des Erregermetabolismus an den Wirt. SPP 1316 hatte zum Ziel, die bei der Infektion durch bakterielle Erreger wichtigen Stoffwechselwege zu charakterisieren, deren Flussgrößen zu quantifizieren, metabolische Reaktionen des Wirts zu identifizieren und genetische sowie regulatorische Mechanismen zur Stoffwechseladaption aufzuzeigen. Folgende thematische Schwerpunkte wurden bearbeitet: • Identifizierung und integratives Verständnis von wirtsadaptierten Stoffwechselvorgängen bakterieller Infektionserreger; • Bioanalytische Charakterisierung von infektionsrelevanten Stoffwechselwegen; • Modellierung von Metabolitprofilen und –flüssen mittels bioinformatischer Methoden; • Genetische Mechanismen der Soffwechseladaptation und ihre Vernetzung mit pathogenitätsrelevanten Regulons. Mit dem Schwerpunktprogramm 'Wirtsadaptierter Metabolismus von bakteriellen Infektionserregern' wurde eine neuartige Fragestellung der Infektionsbiologie bearbeitet, die aufgrund der hohen methodischen und apparativen Anforderungen war in dieser Form nicht untersucht werden konnte. In enger interdisziplinärer Vernetzung von Arbeitsgruppen mit Expertise in Infektionsbiologie, Bioanalytik und Bioinformatik wurde die komplexe Wechselwirkung der Stoffwechsel von Erregern und Wirten analysiert. Dabei wurden klinisch relevante bakterielle Erreger mit intra- oder extrazellulärer Lebensweise, durch Lebensmittel übertragene Erreger, sowie pflanzenpathogene Bakterien untersucht. Eine zentrale Rolle in der Analytik spielte die Isotopolog-Technik, mit der Metabolitflüsse unter Infektionsbedingungen mit hoher Auflösung analysiert wurden. Ein Z-Projekt Bioanalytik machte diese Methodik einer großen Zahl von Infektionsmodellen zugänglich. Die Plattform Bioinformatik diente zur Modellierung von Metabolitprofilen und -flüssen in Infektionsmodellen, sowie zur Schaffung neuer bioinformatischer Werkzeuge zur Auswertung von Metabolom- und Isotopolom-Analysen und von vernetzten Datenbanken für diese Fragestellungen. Basierend auf den Ergebnissen von SPP 1316 sollte zudem ein Verständnis der Beeinflussung des Metabolismus des Wirtsorganismus erreicht. Hierfür wurde Analytik mit bioinformatischen Methoden und der Modellierung komplexer Metabolitflüsse bei Infektionen verknüpft. Aufbauend auf der Analyse des wirtsadaptierten bakteriellen Stoffwechsels können antimikrobielle Zielstrukturen gefunden werden, die zukünftige neue Ansätze für die Therapie bakterieller Infektionserkrankungen ermöglichen.
Publications
- (2015). Host-Adapted Metabolism and Its Regulation in Bacterial Pathogens. Lausanne: Frontiers Media
Dandekar, T., Eisenreich, W., eds.
(See online at https://doi.org/10.3389/978-2-88919-538-1)
