Wissenschaftlicher Ergebnisbericht - Helmholtz-Zentrum für ...

120 WISSENSCHAFTLICHER ERGEBNISBERICHT | Infektion und Immunität | Neue Projektgruppen
06 Mikrobielle Proteomforschung
PROJEKTLEITER | Prof. Dr. Katharina Riedel | Arbeitsgruppe Mikrobielle Proteomik |
katharina.riedel@helmholtz-hzi.de | ak.riedel@tu-bs.de
PROJEKTMITARBEITER | Dr. Isabel Hartmann | Dr. Martin Kucklick | Thomas Langer | Christian Lassek
Proteomik – ein ideales Werkzeug zur Erforschung
pathogener Mikroorganismen Proteine vermitteln und
regulieren als eigentliche „Akteure des Lebens“ grundlegende
zelluläre Funktionen. Zudem sind sie häufi g auch
direkte Angriffspunkte antimikrobieller Wirkstoffe. Die
Charakterisierung sämtlicher exprimierten Proteine eines
Mikroorganismus (“Mikrobielle Proteomik”) ist daher ideal
geeignet, um beispielsweise die molekulare Grundlage
bakterieller Infektionen oder die Anpassung von Mikroorganismen
an Antibiotika zu untersuchen. Wir verwenden
2D-Gelelektrophorese und modernste Gel-freie Techniken
zur qualitativen und quantitativen Analyse mikrobieller
Proteome.
Evaluierung neuer Antiinfektiva Durch das vermehrte
Auftreten multiresistenter Mikroorganismen steigt der
Bedarf an neuen antiinfektiven Wirkstoffen. Bakterielle
Zell-Zell-Kommunikation (Quorum Sensing, QS) ist in vielen
Pathogenen eine zentrale „Schaltstelle“ für die Expression
von Virulenzfaktoren und die Ausbildung von Biofi lmen.
Damit ist sie ein attraktiver Ansatz für die Entwicklung
alternativer Wirkstoffe. Ein Vorteil dieser Strategie ist das
Ausbleiben von Resistenzen. Wir haben spezifi sche Sensoren
entwickelt, um Substanz-Bibliotheken nach Wirkstoffen zu
durchsuchen, die mit QS zweier wichtiger Pathogene, Pseudomonas
aeruginosa und Burkholderia cenocepacia, inter ferieren.
Effi zienz und Spezifi tät der Substanzen untersuchen wir
mit vergleichender Proteom-Analyse. Darüber hinaus haben
wir in Zusammenarbeit mit Prof. J. Robinson (Universität
Zürich) die Wirkweise sogenannter „Peptidomimetika“, die
spezifi sch P. aeruginosa inhibieren, entschlüsselt.
In situ Proteomik zur Erforschung der molekularen
Grundlagen bakterieller Infektionen 80 Prozent aller
mikrobiellen Infektionen im menschlichen Körper sind mit
der Ausbildung von Biofi lmen verknüpft. Da sie sehr resistent
gegenüber traditionellen antimikrobiellen Wirkstoffen
sind, ist die Entschlüsselung grundsätzlicher Prinzipien
der Biofi lm-Entwicklung ein wesentlicher Schritt für
das Verständnis pathogener Bakterien. Wir haben in situ
Proteom-Analysen von P. aeruginosa in zwei verschiedenen
Pathogenitätsmodellen etabliert. Mit ihnen identifi zieren
wir mikrobielle Virulenzfaktoren, die spezifi sch während
des Infektionsprozesses exprimiert werden. Und wir analysieren
Veränderungen im Wirtsproteom, die durch die Bakterien
hervorgerufen werden. Langfristig soll damit in einer
Kooperation mit Prof. M. Givskov (Universität Kopenhagen)
die Wirkweise von „linked multi-drugs” validiert werden,
die mehr als eine Zielstruktur innerhalb der Bakterienzelle
angreifen.
Ablauf einer typischen Proteom-Analyse beginnend mit der
Proteinextraktion, gefolgt von Auftrennung und Analyse
mittels Gel-basierenden oder Gel-freien Ansätzen kombiniert
mit Massenspektrometrie und der abschließenden Daten-
Validierung z.B. durch phänotypische Tests.
Metaproteom-Analysen gemischter Biofi lme auf Blasenkathetern
Harnwegsinfektionen gehören zu den häufi gsten
nosokomialen Infektionen. Da uropathogene Bakterien sehr
schnell Resistenzen ausbilden, sind Biofi lme auf Blasenkathetern
schwer zu bekämpfen und treten häufi g persistent
oder chronisch auf. Jüngste Untersuchungen haben gezeigt,
dass Katheter-Biofi lme hochkomplex sind und aus vielen
verschiedenen Spezies bestehen. Unsere Arbeitsgruppe
ist Teil des UroGenOmics-Konsortiums, das regulatorische
und metabolische Strategien während der Katheter-Kolonisierung
und Infektion untersucht. Derzeit analysieren wir
Zusammensetzung und Funktionen gemischter Biofi lme
mit Metaproteom-Analysen; uns interessieren besonders
zeitliche und räumliche Veränderungen, sowie Stammspezifi
sche Strategien zur Anpassung an spezielle Bedingungen
im Harntrakt. Unsere Ergebnisse sollen dazu
beitragen, alternative Angriffspunkte für Pharmaka zu
identifi zieren, neue diagnostische Werkzeuge zu entwickeln
und Katheteroberfl ächen zu entwerfen, die Biofi lmen entgegenwirken.
Srinivas, N., Jetter, P., Ueberbacher, B.J., Werneburg, M., Zerbe, K., Steinmann, J., Van der
Meijden, B., Bernardini, F., Lederer, A., Dias, R.L., Misson, P.E., Henze, H., Zumbrunn, J.,
Gombert, F.O., Obrecht, D., Hunziker, P., Schauer, S., Ziegler, U., Käch, A., Eberl, L., Riedel,
K., Demarco, S.J., Robinson, J.A. (2010). Peptidomimetic Antibiotics Target Outer-Membrane
Biogenesis in Pseudomonas aeruginosa. Science 327: 1010-1013.
Schneider, T., Riedel, K. (2010). Environmental proteomics: Analysis of structure and
function of microbial communities. Proteomics 10: 785-798.
Riedel, K., Köthe, M., Kramer, B., Saeb, W., Gotschlich, A., Ammendola, A., Eberl, L. (2006).
Computer-aided design of agents that inhibit the cep quorum sensing system of Burkholderia
cenocepacia. Antimicrob. Agents Chemotherapy 50: 318-323.