Angeborene Immunität
Die Forschungsgruppe Angeborene Immunität untersucht die Aktivierungsmechanismen des angeborenen Immunsystems durch Mikroben und mikrobielle Strukturen. Im Zentrum stehen das Zusammenspiel und die Kommunikation zwischen Epithel- und dendritischen Zellen – sowohl untereinander als auch mit dem adaptiven Immunsystem – sowie die daraus resultierenden Auswirkungen auf chronische Lungenerkrankungen wie Asthma und COPD.
Unsere Arbeiten konzentrieren sich auf die Aktivierung des angeborenen Immunsystems und den daraus resultierenden Crosstalk mit dem adaptiven Immunsystem. Im Fokus stehen dabei das Atemwegsepithel als erste Kontaktzone für Mikroben sowie dendritische Zellen als zentrale Vermittler zur Aktivierung adaptiver Immunantworten.
Ein besonderes Interesse gilt dabei allergieprotektiven Bakterien und Archaeen. Letztere unterscheiden sich grundlegend von Bakterien – sie besitzen eine andere Zellstruktur und nutzen spezielle Stoffwechselwege (z. B. Methanbildung bei methanogenen Archaeen).
Wir untersuchen die molekularen Mechanismen, über die diese Mikroorganismen das angeborene Immunsystem aktivieren und so chronische Lungenerkrankungen wie Asthma, Allergien und COPD beeinflussen können. Diese Erkenntnisse sollen zur Entwicklung neuartiger Präventions- und Therapieansätze beitragen.
Kann der frühe Kontakt mit Mikroorganismen vor späteren Allergien schützen?
Im Rahmen der Allergieprävention erforschen wir seit mehreren Jahren die molekularen Mechanismen, mit denen Bakterien aus Kuhstallumgebungen einen Schutz vor Asthma und allergischen Entzündungen vermitteln. In verschiedenen Modellen konnten wir zeigen, dass diese protektive Wirkung auf der Aktivierung spezifischer zellulärer Signalwege beruht (Debarry et al. 2007, 2010; Hagner et al. 2013; Stein et al. 2017).
In den letzten Jahren wurde deutlich, dass auch das angeborene Immunsystem ein Gedächtnis ausbilden kann – ein Phänomen, das als Trained Immunity bezeichnet wird. Dabei führen epigenetische und metabolische Veränderungen zu einer veränderten Reaktionsfähigkeit der Zellen. Wir untersuchen, inwieweit Trained Immunity für die schützenden Effekte bestimmter Bakterien verantwortlich ist und wie sich dieses Prinzip gezielt für Präventionsstrategien nutzen lässt.
Um definierte Immunantworten des angeborenen Immunsystems hervorzurufen, kooperieren wir seit vielen Jahren mit der Gruppe von Alla Zamyatina (BoKu Wien), die synthetische, glykanbasierte Biomoleküle, die auf natürlichen Templates beruhen, entwickelt hat. Diese Strukturen können sowohl agonistisch als auch antagonistisch wirken und als Adjuvantien eingesetzt werden (Garate et al. 2015; Adanitsch et al. 2018; Borio et al. 2018; Strobl et al. 2022, 2024; Borio et al. 2023; Fu et al. 2025).
Archaeen – unbekannte Akteure im Immunsystem
Während Bakterien und ihre Metabolite schon lange Gegenstand immunologischer Forschung sind, ist das immunmodulatorische Potenzial von Archaeen bislang wenig untersucht. Obwohl sie morphologisch Bakterien ähneln, unterscheiden sie sich deutlich in der biochemischen Zusammensetzung ihrer Zellhülle.
Mikrobiomstudien zeigen, dass verschiedene Archaeenspezies – nicht zuletzt aufgrund ihrer einzigartigen Stoffwechselwege – einen festen Bestandteil der menschlichen Mikrobiota bilden. Wir konnten nachweisen, dass Archaeen spezifisch mit Komponenten des humanen Immunsystems interagieren und so zur Aufrechterhaltung der Immunhomöostase beitragen können (Bang et al. 2014, 2017; Vierbuchen et al. 2017; Kuehnast et al. 2024). Derzeit erforschen wir die molekularen Grundlagen der Interaktion von methanoarchaeellen Stämmen (z. B. Methanobrevibacter smithii und Methanosphaera stadtmanae) mit humanen Immun- und Epithelzellen, um beteiligte mikrobielle Moleküle und zelluläre Signalwege zu identifizieren.
Das humane Mikrobiom und Archaeen
Die Zusammensetzung des humanen Mikrobioms ist Gegenstand intensiver Forschung. Während sich die meisten Studien auf Bakterien konzentrieren, untersuchen wir den Anteil und die Funktion von Archaeen – einem zahlenmäßig kleineren, aber funktionell wichtigen Bestandteil der Mikrobiota. In der ALLIANCE-Kohorte des Deutschen Zentrums für Lungenforschung (DZL) analysieren wir, inwieweit das Vorkommen unterschiedlicher Archaeenspezies mit dem Auftreten von Erkrankungen wie Asthma korreliert.
Unsere Studien zur immunologischen Aktivität verschiedener Archaeen und ihrer Rolle im Mikrobiom sollen das Verständnis ihres Beitrags zur Trained Immunity vertiefen.
BMBF
- Mitglied im Deutsches Zentrum für Lungenforschung (DZL), Airway Research Center North (ARCN): 1. Disease Area Asthma/Allergy (PI: Holger Heine)
DFG
- HE 2758/6-1 "Archaeome-Immunsystem-Interaktionen"
- Human- und Maus-dendritische Zellen
- Transiente Transfektionen, mit Schwerpunkt Rezeptoren und Adaptermoleküle des angeborenen Immunsystems (TLRs, NLRs)
- Real-time PCR (Lightcycler 2.0, Lightcycler480)
- ChIP
- FACS
- Konfokale Mikroskopie
- Generierung von Knockout-Zelllinien in humanen Bronchialepithel- und Monozyten-Zelllinien mittels CRISPR/Cas
2025
Bossen, J, Knop, M, Niu, X, Thiedmann, M, Prange, R, Tahanzadeh, N, Franzenburg, S, Bruchhaus, I, Heine, H & Roeder, T 2025, 'Chronic airway inflammation in Drosophila lacking the A20-like protein Trabid', FRONTIERS IN IMMUNOLOGY, Jg. 16, S. 1564386. https://doi.org/10.3389/fimmu.2025.1564386
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Krause, K, Franch Arroyo, S, Ugolini, M, Kueck, T, Sullivan, TJ, Gálvez, EJC, Muenzner, M, Goosmann, C, Brinkmann, V, Frese, CK, Alagesan, K, Vierbuchen, T, Heine, H, Resch, U, Sander, LE & Charpentier, E 2025, 'Streptococcus pyogenes EVs induce the alternative inflammasome via caspase-4/-5 in human monocytes', EMBO REPORTS . https://doi.org/10.1038/s44319-025-00558-7
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2024
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2023
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Vierbuchen, T, Agarwal, S, Johnson, JL, Galia, L, Lei, X, Stein, K, Olagnier, D, Gaede, KI, Herzmann, C, Holm, CK, Heine, H, Pai, A, O'Hara Hall, A, Hoebe, K & Fitzgerald, KA 2023, 'The lncRNA LUCAT1 is elevated in inflammatory disease and restrains inflammation by regulating the splicing and stability of NR4A2', PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, Jg. 120, Nr. 1, S. e2213715120. https://doi.org/10.1073/pnas.2213715120
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2022
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Sirocko, K-T, Angstmann, H, Papenmeier, S, Wagner, C, Spohn, M, Indenbirken, D, Ehrhardt, B, Kovacevic, D, Hammer, B, Svanes, C, Rabe, KF, Roeder, T, Uliczka, K & Krauss-Etschmann, S 2022, 'Early-life exposure to tobacco smoke alters airway signaling pathways and later mortality in D. melanogaster', Environmental pollution (Barking, Essex : 1987), Jg. 309, S. 119696. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119696
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Leitung der Forschungsgruppe
Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen
Technische Mitarbeiter:innen
