Seit Juli 2023 ist Prof. Caroline Barisch Teil des Forschungszentrums Borstel, Leibniz Lungenzentrum, ihre Forschungsgruppe ist jedoch einige Kilometer entfernt am CSSB in Hamburg angesiedelt. Im Interview berichtet Sie, wie Sie und ihre Mitarbeitenden diese Entfernung zum Borsteler Campus überbrücken und warum Amöben ausgezeichnete Modellorganismen sind, um das Verständnis der Tuberkulose und verwandter Krankheiten zu vertiefen und neue Ansätze für ihre Bekämpfung zu entwickeln.

Du bist jetzt seit Juli offiziell am FZB, aber wirst nicht direkt auf dem Campus arbeiten. Beschreibe doch einmal kurz, wo und wie du und deine FG „Host-Microbe Interactome“ (Wirts-Mikroben Interaktom) in Zukunft arbeiten werdet?

Caroline Barisch: Stimmt, seit Juli 2023 bin ich offiziell am FZB angestellt, jedoch werde ich nicht direkt auf dem Borstel Campus arbeiten. Stattdessen ist das Barisch Lab am CSSB (Center for Structural Systems Biology) in Hamburg angesiedelt, das wiederum zum DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) gehört.

Die Situation am CSSB zeichnet sich durch eine enge Kooperation zwischen Forschenden verschiedener Disziplinen aus, darunter Strukturbiologie und Mikroskopie. Dies ermöglicht den Zugriff auf hochauflösende Mikroskope und modernste Infrastruktur. Die gebündelte Expertise und die Zusammenarbeit der Partnerinstitute (FZB, LIV, BNITM, MHH, UHH, etc.) fördern die interdisziplinäre Forschung und schaffen optimale Bedingungen für wissenschaftliche Exzellenz. Die enge Verbindung zwischen dem Barisch Lab und dem CSSB wird es meiner Forschungsgruppe ermöglichen, von diesen herausragenden Ressourcen und der kooperativen Umgebung zu profitieren.

Wie ist dein erster Eindruck: Bist du trotz der Entfernung zum FZB gut eingebunden? Ist das ein Nachteil nicht direkt hier zu sein oder ein Vorteil, da du nicht nur mit den Forschenden am FZB, sondern auch mit den Gruppen in Hamburg Vernetzungen schaffen kannst?

Caroline Barisch: Mein erster Eindruck ist, dass die Entfernung zum FZB schon eine Herausforderung darstellt. Allerdings konnten wir diese Distanz dank der Unterstützung der freundlichen und engagierten Mitarbeiter am FZB erfolgreich überbrücken. Großes Dankeschön an alle!

Zusätzlich dazu haben sich die Online-Tools erheblich verbessert, was es uns ermöglicht, an vielen Seminaren und Meetings online teilzunehmen. Diese Flexibilität hat die Zusammenarbeit zwischen den Standorten spürbar erleichtert. Und wenn wirklich gar nichts mehr geht, bleibt immer noch die bewährte Option des Telefonierens 😉 Wir sind also gut aufgestellt, um die räumliche Distanz zu überwinden und effektiv zusammenzuarbeiten.

Ich schätze es sehr, meine Tage am Forschungszentrum zu verbringen und mich etwa alle zwei Wochen zur Programmbereichssitzung vor Ort einzufinden. Dies ermöglicht mir einen direkten Austausch mit den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am FZB und fördert die Zusammenarbeit. Zudem planen wir am CSSB eine Einweihungsfeier, voraussichtlich im Frühjahr 2024, zu der wir gerne die Mitwirkenden am FZB einladen möchten. Dies wird sicherlich dazu beitragen, die Bindung und die Zusammenarbeit zwischen den beiden Standorten zu stärken.

Du kommst von der Universität Osnabrück und hast dort die Gruppe „Molekulare Infektionsbiologie“ geleitet. Was waren die ausschlaggebenden Argumente für dich nun noch weiter in den Norden zu ziehen?

Caroline Barisch: Die Entscheidung, weiter in den Norden zu ziehen, war für uns als Familie nicht ungewöhnlich, da wir schon eine gewisse "Nomaden"-Tradition entwickelt haben. Ursprünglich kommen mein Mann und ich aus dem Süden Deutschlands, und bereits für meine Doktorarbeit haben wir das bayrische Exil in Kassel angetreten. Während meines Postdocs verschlug es uns in die Schweiz nach Genf (Unveristé de Genève), wo wir als Grenzgänger mit Wohnsitz in Frankreich die Haute-Savoie und den Genfer See erkundet haben. Unsere Zwillinge wurden in Chambéry, Frankreich, geboren. Wir wussten jedoch, dass wir aufgrund des Schulsystems langfristig nicht in Frankreich oder der Schweiz bleiben konnten.

Daher habe ich mich auf die Suche nach einem Standort begeben, an dem ich meine eigene Forschungsgruppe gründen konnte. Osnabrück bot sich hier als ideale Möglichkeit an, da dort fortschrittliche Mikroskopie-Techniken verfügbar waren. Zudem hatten wir die Chance, Teil des SFB (Sonderforschungsbereichs) zu werden und unsere Expertise in der Lipid- und Membranforschung weiterzuentwickeln. Schon länger hatte ich Borstel als potenziellen Arbeitgeber im Blick. Tatsächlich wurde ich bereits im Jahr 2017 von Ulrich Schaible nach Borstel eingeladen, um einen Vortrag zu halten. Seit kurzem haben sich auch Kollaborationen, z. B. mit Dominik Schwudke, ergeben.

Der Standort Hamburg war ein wichtiges Kriterium bei meiner Entscheidung. Hier haben wir die Möglichkeit, bequem in den Zug zu steigen und unsere Familie im Süden Deutschlands zu besuchen.

Kurz nach deinem Start in Borstel hast du einen Preis gewonnen, den International Dictyostelium Junior Faculty Award. Dictyostelium ist ja ein Schleimpilz - in Borstel arbeiten wir ja schwerpunktmäßig eher an chronischen Lungenerkrankungen, wie Asthma und COPD und bakteriellen Erkrankungen, wie z.B. Tuberkulose. Kannst du kurz erklären, warum ihr an diesem Pilz forscht, bzw. wie ihr diesen Organismus für eure Forschung nutzt?

Caroline Barisch: Zunächst einmal möchte ich ein Vorurteil ausräumen. Dictyostelium, liebevoll als Dicty (im Englischen) oder Dictyo (im Französischen und Schweizerischen) bekannt, ist in der Form, in der wir diese Amöben verwenden, kein Schleimpilz. Amöben existieren bereits seit sehr langer Zeit auf unserem Planeten, weit länger als die Menschheit. Es handelt sich um professionelle Phagozyten, die sich von Bakterien ernähren und diese mittels des phagozytischen Weges verdauen. Es wird angenommen, dass in diesen Einzellern die ersten Wechselwirkungen zwischen Wirt und Pathogen stattgefunden haben. Diese Zellen waren vermutlich der Trainingsplatz für viele intrazelluläre bakterielle Pathogene. Daher sind in den Amöben die angeborenen Immunabwehrmechanismen konserviert, wenn auch in einer viel einfacheren Form als bei uns Menschen. Dies macht sie zu einem ausgezeichneten Modellorganismus, um die Grundlagen dieser Interaktionen zu erforschen.

Ihr nutzt das Dictyostelium discoideum/Mycobacterium marinum-Infektionssystems also als ein Modellorganismus, um z.B. bei dem Tuberkuloseerreger Mycobacterium tuberculosis zu erforschen, wie diese im Wirt überleben und anpassen. Was sind hier die aktuellen Fragestellungen, an denen ihr arbeitet?

Caroline BarischRichtig, wir nutzen das Dictyostelium discoideum/M. marinum-Modellsystem, um die Interaktionen zwischen pathogen Mykobakterien und dem Wirt zu erforschen.

Die Tatsache, dass M. marinum ein pathogenes Mykobakterium ist und in Fröschen und Fischen eine TB-ähnliche Krankheit auslöst, macht es zu einem ausgezeichneten Modellorganismus, um die Grundlagen der Tuberkuloseforschung zu untersuchen. Seine niedrigere Replikationsrate (10 statt 24 Stunden Verdopplungszeit) im Vergleich zu M. tuberculosis und die Tatsache, dass es in die Risikogruppe 2 eingestuft wird ermöglichen es, wichtige Erkenntnisse über die Interaktionen zwischen dem Wirt und dem Erreger zu gewinnen, ohne die strengeren Sicherheitsanforderungen von M. tuberculosis (Risikogruppe 3) zu erfüllen. Dies trägt dazu bei, unser Verständnis der Tuberkulose und verwandter Krankheiten zu vertiefen und neue Ansätze für ihre Bekämpfung zu entwickeln.

Die aktuellen Forschungsfragen, an denen wir arbeiten, sind vielschichtig und zielen darauf ab, die molekularen Mechanismen zu verstehen, mit denen Mykobakterien in der Wirtszelle überleben. Eine unserer Hauptfragen konzentriert sich auf die Lipidbiologie. Mykobakterien infizieren hauptsächlich Makrophagen und Neutrophile, also professionelle Phagozyten die unseren Dictyostelium-Zellen in Bezug auf ihre Lipide ähneln. Lipide sind entscheidende Bausteine der Zellmembranen und auch wichtige Speichermoleküle, die von den Mykobakterien als Energie- und Kohlenstoffquelle genutzt werden. Unser Ziel ist es, auf subzellulärer Ebene zu verstehen, wie diese Lipidwege funktionieren. Dazu gehören Fragen wie: Welche Lipidsynthesewege werden von den Mykobakterien manipuliert? Wie gelangen die Lipide zu den intrazellulären Bakterien? Wie werden sie von den Bakterien umgesetzt?

Um diese Fragen zu beantworten, verwenden wir verschiedene mikroskopische Ansätze, einschließlich der Lebendzellmikroskopie und anderer hochauflösender Methoden. Stichwort Elektronenmikroskopie. Unter anderem haben wir auch korrelative Methoden wie zum Beispiel CLEM („correlative light and electron microscopy“) für unser Infektionssystem etabliert. Diese ermöglichen es uns z. B., die subzellulären Vorgänge während der Infektion in Echtzeit zu beobachten oder detaillierte Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen Mykobakterien und dem Wirt zu gewinnen.

Können diese Ergebnisse für diagnostische oder therapeutische Zwecke genutzt werden und wenn ja, wie?

Caroline Barisch: Die Ergebnisse aus der Forschung mit unserem Infektionssystem haben tatsächlich das Potenzial, für diagnostische und therapeutische Zwecke genutzt zu werden. Dies ist besonders wichtig in Zeiten der Antibiotikaresistenz, da die Suche nach alternativen Ansatzpunkten zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten von großer Bedeutung ist.

Die Erkenntnisse über den Infektionszyklus der Bakterien ermöglichen die Identifizierung von neuen Therapieansätzen im Rahmen der wirtsgelenkten Therapie. Durch kleine Drugscreens können wir zum Beispiel Moleküle identifizieren, die Auswirkungen auf den Lipidmetabolismus haben und so das intrazelluläre Wachstum der Bakterien hemmen. Dies eröffnet die Möglichkeit, neue Wirkstoffe zu entdecken, die in der Behandlung von Tuberkulose und verwandten Krankheiten wirksam sind. Allerdings betreiben wir trotz allem hauptsächlich Grundlagenforschung.

In der Zukunft möchten wir unsere Expertise weiterentwickeln und mehr Erkenntnisse über M. tuberculosis (Mtb) gewinnen. Hierbei planen wir die Nutzung eines Infektionssystems, das aus menschlichen Makrophagen und Mtb besteht. Dies erfordert eine enge Zusammenarbeit mit den Forschenden am FZB und die entsprechende Rekrutierung von Fachkräften. Unser Ziel ist es, das neue BSL3-Labor am CSSB, das voraussichtlich nächstes Jahr eröffnet wird, zu nutzen, um unsere Tools auf Mtb anzuwenden und weiterzuentwickeln. Dadurch können wir neue Erkenntnisse gewinnen und möglicherweise neue Therapieansätze im Kampf gegen Tuberkulose entdecken.

Ist die Forschung deiner FG auf den PB Infektionen beschränkt oder könnte es in Zukunft auch gemeinsame Ansätze mit den Wissenschaftler:innen aus dem Bereich der chronischen Lungenerkrankungen geben?

Caroline BarischDie Forschung meiner Gruppe konzentriert sich hauptsächlich auf intrazelluläre bakterielle Infektionen. Dennoch sind wir offen für die Zusammenarbeit mit Wissenschaftler:innen aus dem anderen Programmbereich. Tatsächlich sind wir bereits in Gesprächen, um solche Kooperationen zu initiieren. Eine laufende Kooperation ist beispielsweise mit Holger Heine, der BlaER1-Zellen verwendet, um die Immunantwort von Makrophagen zu erforschen. Dies ermöglicht uns, unsere Forschungsfelder zu erweitern und möglicherweise gemeinsame Ansätze zu entwickeln.

Vielen Dank für das Gespräch!