Entwicklung bakterieller Autolysestämme zur Messung der angeboren Immunantwort, die durch die Produktion lokaler, auf Schleimhautoberflächen aktiver Mediatoren ausgelöst wird

• Antragstellerin: Dr. Mareike Lembke
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465465835

Vibrio cholerae ist ein gramnegatives Bakterium und der Erreger der Cholera, einer enterischen Krankheit mit mehr als 100.000 Todesfällen weltweit pro Jahr. Bei Aufnahme in den menschlichen Verdauungstrakt besiedelt V. cholerae den Dünndarm und wird dort vom angeborenen Immunsystem erkannt. Dabei scheint die Entzündungsreaktion in Anwesenheit von Kommensalen und V. cholerae Zellen, die das Typ VI-Sekretionssystem (T6SS) exprimieren, ausgeprägter zu sein. Das T6SS ist eine spritzenartige Nanomaschine, die toxische Effektoren in Beutezellen durch Durchstechen ihrer Zellhülle injiziert. Das Abtöten empfindlicher Kommensaler im Darm infizierter Tiere führt vermutlich zur Freisetzung deren Inhalts, wie DNA, Lipopolysacchariden (LPS) oder Peptidoglycan (PG). Solche Bakterientrümmer sind reich an Molekülen, die Pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPs) aufweisen, bakterienspezifische, konservierte Strukturen, die das angeborene Immunsystem aktivieren. Dazu gehören Moleküle wie LPS und PG. Für V. cholerae wurde postuliert, dass sein antagonistisches Verhalten und die damit einhergehende Entzündungsreaktion einen Fitnessvorteil erbringt durch die Hochregulierung von Virulenzfaktoren, wie den Toxin-koregulierten Pilus und das Choleratoxin. Der Mechanismus hinter dieser Rückkoppelungsreaktion muss jedoch noch identifiziert werden. Eine Möglichkeit, die Rolle von PAMPs (z.B. abgeleitet aus bakteriellen Zellwandkomponenten wie PG) bei der Kommunikation mit dem angeborenen Immunsystem des Wirts aufzuklären, besteht darin, neuartige Systeme („biologische Signalverstärker“) zu schaffen, die diese Signalmoleküle nach der Kolonisierung an der Schleimhautoberfläche erzeugen. In dieser Studie stelle ich zwei Ansätze für die kontrollierte Lyse von Bakterien im Mausmodell vor. Ein Ansatz verwendet das CRISPR-Interferenz (CRISPRi) System für die Herunterregulierung von V. cholerae Genen, die für die Integrität der Zellwand essentiell sind. Ein weiterer Ansatz benutzt heterologe Mureinhydrolasen als Lyse-Schalter in kommensalen und pathogenen E. coli Stämmen sowie in V. cholerae, um ein Ungleichgewicht in der Zellwandbiosynthese/-reparatur zu erzeugen. Diese orthogonalen Strategien werden ein kontrolliertes Szenario nachbilden, dass das antagonistische Verhalten von V. cholerae gegenüber Kommensalen nachahmt und die Quantifizierung seiner Pathogenität und der angeborenen Immunantwort des Wirts, ausgelöst durch Zellwandtrümmer, ermöglicht. Fortschritte in der synthetischen Biologie haben auch das Potenzial zur Entwicklung innovativer Therapien gegen Schleimhaut-assoziierte Krankheiten, wie Morbus Crohn oder Darmkrebs. Die Aufschlüsselung, wie bestimmte PAMPs, abgesendet von unseren „biologischen Signalverstärkern“, mit einer spezifischen Immunantwort zusammenhängen kann dabei helfen, zukünftige Krebstherapien positiv zu beeinflussen, indem Immunzellen auf eine Weise stimuliert werden, die den in der Immuntherapie verwendeten Immun-Checkpoint-Inhibitoren entspricht.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor John J. Mekalanos, Ph.D.