Forschungszentrum Borstel
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Programmbereich Infektionen

Immunbiophysik

Projekte

Die angeborene Immunabwehr stellt einen zentralen Schutzmechanismus des Menschen gegen bakterielle Infektionen stellt dar. Bakterielle Membrankomponenten sind hoch effektive Aktivatoren der angeborenen Immunität und lösen akute Entzündungsreaktionen und antibakterielle Abwehrmechanismen aus. Eine Dysregulation dieser Immunreaktionen kann zu schweren Erkrankungen wir Sepsis, Pneumonie und akutem Lungenversagen führen. Die Forschungsgruppe Immunbiophysik befasst sich mit der Aufklärung der molekularen Prinzipien der Aktivierung von angeborenen Immunreaktionen durch Lipide sowie der spezifischen Mechanismen zur Regulation dieser Aktivierungswege.

Proteine

Unsere Arbeitsschwerpunkte sind:

Zellaktivierung durch bakterielle Lipide

Durch die immunologische und biophysikalische Charakterisierung entzündungsauslösender bakterieller Lipide wollen wir aufklären wie Lipide vom Immunsystem als Gefahrensignale erkannt werden. Dabei spielten nicht nur die chemischen Bausteine, sondern auch die übergeordnete Struktur von Lipiden in Membranen eine Rolle. Wir arbeiten mit natürlichen und rekonstituierten Membransystemen und setzen biophysikalische Methoden wie Fluoreszenz- und IR-Spektroskopie zur Charakterisierung von Membraneigenschaften ein. Die Organisation von Lipiden in Lösung untersuchen wir mit der Methode der Röntgenkleinwinkelbeugung (SAXS) an der Beamline P12 des EMBL am DESY (Hamburg). Durch Charakterisierung der strukturellen und physikalischen Grundlagen für die entzündungsauslösende Wirkung von bakteriellen Pathogenitätsfaktoren erhalten wir Informationen über die molekulare Wirkungsweise von Aktivatoren und Inhibitoren der immunologischen Reaktion.

Lipid-Transport-Proteine spielen bei der Erkennung von Lipiden eine besondere Rolle. Das Lipopolysaccharid (LPS)-bindende Protein (LBP) ist maßgeblich an der Induktion LPS-vermittelter Immunantworten bei Infektionen durch Gram-negative Bakterien beteiligt. LBP verfügt über eine breite biologische Funktionalität, deren Grundlagen aber bislang nur zum Teil verstanden sind. LBP kann Entzündungsprozesse sowohl verstärken, als auch abschwächend regulieren und so zur Entzündungsresolution beitragen. Uns interessiert in diesem Zusammenhang insbesondere die Interaktion des LBP mit seinem Liganden LPS und mit Phospholipiden und Membranen.

Mechanismen der Immunregulation in der Lunge

Lungenerkrankungen durch Gram-negative bakterielle Pathogene gehören zu den häufigsten Todesursachen infektiöser Erkrankungen. Die Schwierigkeiten einer effektiven Therapie dieser Erkrankungen beruhen zum einen auf der dramatischen Entwicklung bakterieller Antibiotikaresistenzen zum anderen auf der zunehmenden Anzahl immunkompromittierter Patienten. Ein attraktives Ziel, die klinische Prognose der Patienten zu verbessern, stellt die Modulation der körpereigenen Immunantwort selbst dar. Das Immunsystem der Lunge ist sehr speziell an die Anforderungen einer mikrobiellen Exposition bei der Atmung angepasst. Unser Ziel ist es diese Organ-spezifischen Immunmechanismen aufzuklären. In diesem Kontext untersuchen wir die molekularen Prinzipien der Immunregulation durch Surfactantproteine (Surfactant-Protein-A) und Surfactantlipide. Klinisch stellen beide Substanzklassen interessante Ansatzpunkte für verbesserte Surfactant-Substitutionstherapien dar, die insbesondere bei Patienten mit bakteriellen Pneumonien oder bei pulmonaler Insuffizienz wie dem akuten respiratorischen Atemnotsyndrom bei Neugeborenen (nARDS). Der Ansatz der Forschungsgruppe beruht auf der Aufklärung von molekularen Interaktionen und Mechanismen anhand von Membranmodellen und Membranmodellen und in vitro Zellkultursystemen. Ziel ist die Entwicklung von Surfactantpräparationen in Hinblick auf eine effektive therapeutische Immunmodulation.

Immunregulation durch Peptide (Host-defense-Peptides)

Antimikrobielle Peptide, auch host-defense Peptide genannt sind Moleküle des angeborenen Immunsystems, die an der Abwehr von Infektionen beteiligt sind. Diese Klasse an Abwehrproteinen wird insbesondere auf epithelialen Oberflächen und in der Lunge gebildet. Neben ihrer antibakteriellen Funktion können diese Moleküle auch die Antwort von Immunzellen kontrollieren, ein Effekt der insbesondere bei der Vermeidung von Überreaktionen, wie sie im Falle der bakteriellen Sepsis auftreten oder bei chronisch entzündlichen Erkrankungen wie der COPD, von Bedeutung sein können. Grundlage für diese Wirkung ist unter anderem eine direkte Interaktion von antimikrobiellen Peptiden mit den betreffenden Immunzellen (Makrophagen). Die Analyse der Mechanismen, die zur Veränderung der Makrophagenbiologie durch antimikrobielle Peptide führen ist eine essentielle Voraussetzung zur gezielten Weiterentwicklung dieser Substanzklasse.