Unsichtbare Feinde – die bakteriellen Invasoren

BIOTECHNICA´01: GBF zeigt Infektionsforschung

Aktuelle Ergebnisse aus der Gesundheitsforschung sowie Beispiele für deren wirtschaftliche Umsetzung zeigt die Gesellschaft für Biotechnologische Forschung (GBF) auf der BIOTECHNICA vom 9. bis 11. Oktober in Hannover. Anhand von Beispielen gefährlicher Krankheitserreger wird neueste Infektionsforschung dargestellt. Anwendungen für die Wirtschaft präsentiert die GBF mit dem BioDisk-Synthesizer, einem Testverfahren zur Suche nach Molekülen für Diagnostik und Therapie. Auch das Joint Venture der GBF, die IBA Biologics GmbH, stellt sich vor.

GBF präsentiert sich als Helmholtz-Zentrum für Infektionskrankheiten

Infektionen sind für ein Drittel aller Todesfälle weltweit verantwortlich. Epidemien, die Rückkehr bekannter Krankheitserreger und zunehmende Antibiotika-Resistenzen dokumentieren die Notwendigkeit, neue Ansätze zur Prävention und Therapie zu entwickeln. Essenziell ist hierfür die Erforschung von Infektionsmechanismen und Übertragungswegen, der Immunantwort, der Fragen einer genetisch veranlagten Empfindlichkeit oder Resistenz sowie der Wechselwirkungen von Wirt und Pathogen mit ihrer Umwelt. Die Forschung an Listerien und Streptokokken werden auf der Biotechnica als Beispiel für dieses Forschungsgebiet dargestellt.

Streptokokken – die gefährlichen Invasoren

Streptokokken rufen eine Vielzahl fieberhafter Infektionen hervor, wie z. B. Scharlach oder eiternde Hautentzündungen. Die schwerwiegenden Folgen dieser Infektionen sind noch nicht eingehend erforscht. GBF-Wissenschaftler gehen mit modernen genetischen und molekularbiologischen Methoden den Ursachen des Krankheitsverlaufs auf den Grund. Ein Erfolg war dabei die Identifizierung von infektiösen Streptokokken der Gruppe C und G, die bisher als harmlos galten. Sie können als Spätfolge rheumatische Herzkrankheiten auslösen. Eine Entzündung der Herzklappen führt dabei zu deren Zerstörung und macht den Ersatz durch künstliche Herzklappen erforderlich. Betroffen von solchen Spätfolgen sind weltweit rund 15 Millionen Kinder und Jugendliche im Alter von 5 bis 15 Jahren.

Listerien als Modellorganismen für viele Krankheiten

Listeria monocytogenes ist ein weiteres Bakterium, mit dem sich GBF-Wissenschaftler intensiv beschäftigen. Die Krankheit, die die Bakterien verursachen, heißt Listeriose. Ihre Symptome sind zuerst grippeähnlich. Im akuten Stadium kann eine Hirnhautentzündung auftreten, die im Ernstfall zum Tode führt. Listerien können über verunreinigte Lebensmittel in den menschlichen Körper gelangen. Das Immunsystem eines gesunden Menschen wird zwar normalerweise mit den Erregern fertig. Gefährdet sind jedoch immungeschwächte Personen sowie Schwangere und deren Föten.

Listerien wachsen in den Zellen des Wirts und breiten sich im Gewebe aus. Sie eignen sich als Modell für intrazellulär wachsende Krankheitserreger, da sie leicht kultivierbar und genetisch modifizierbar sind. Mit ihnen können Infektionseigenschaften beispielhaft auch für andere Krankheiten untersucht werden. Aufgrund ihrer komplexen Eigenschaften erforschen interdisziplinäre Teams an der GBF die Listerien intensiv.

Der Verbreitungsmechanismus wird auf genetischer Ebene studiert, um die krankmachenden molekularen Faktoren herauszufinden. Weiterhin wird die Reaktion der infizierten Zelle während der Infektion analysiert. Auf dieser Basis sollen neue Möglichkeiten der Vorsorge und Behandlung der Listeriose und ähnlicher Infektionen entwickelt werden.

Elektronenmikroskopie im Dienst der Infektionsforschung

Die von den Krankheitserregern hervorgerufenen Veränderungen der Wirtszelle sind morphologisch sehr vielgestaltig. Ihre Analyse wird an der GBF mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie (REM) betrieben. Sie bietet als einziges Verfahren die Möglichkeit, Infektionsprozesse direkt bildhaft bei einer sehr hohen Auflösung darzustellen.

Schlüsselmechanismus bei Bakterieninfektionen mit Mauszellen enthüllt

Eine weitere Möglichkeit, etwas über Infektionsmechanismen herauszufinden, ist die Forschung an Zelllinien. Zellbiologen der GBF haben so erst kürzlich die Funktion eines Proteins, des N-WASP, in Säugetierzellen aufgeklärt, das verschiedene Krankheitserreger bei einer Infektion missbrauchen. Mit Hilfe speziell gezüchteter Mäuse erforschten sie den Protein-Dialog, der sich während einer bakteriellen Infektion zwischen Wirtszellen und Erreger entspinnt. Die GBF-Wissenschaftler konnten aus diesen Mäusen Zelllinien entwickeln. So war es möglich, den Infektionsmechanismus auf molekularer Ebene auch ohne Tierexperimente weiter zu analysieren.

Forschung in die Anwendung überführen

Ein Ziel der GBF ist es, möglichst viele wissenschaftliche Ergebnisse schnell in die Anwendung zu überführen. Deswegen hat sich die GBF direkt an einer Unternehmensgründung beteiligt. IBA Biologics GmbH heißt das Joint Venture zwischen der GBF und dem Institut für Bioanalytik (IBA) GmbH, Göttingen. Die Firma ist auf dem GBF-Forschungscampus angesiedelt und ist vor allem ein Dienstleister für die Entwicklung pharmazeutischer Wirkstoffe, deren routinemäßiger Produktion sowie Vermarktung.

Der BioDisk-Synthesizer – ein Beispiel für anwendungsorientierte Forschung

Mit dem derzeit noch in der Entwicklung befindlichen BioDisk-Synthesizer sollen zukünftig im Hochdurchsatz bis zu 40.000 verschiedene Substanzen gleichzeitig hergestellt und getestet werden. Ein Anwendungsgebiet für das Gerät ist die Suche nach biologisch aktiven Peptiden. Peptide sind kleine, aus mehreren Aminosäuren bestehende Eiweißmoleküle. Wissenschaftler verwenden sie, um biologische Vorgänge im Detail zu erforschen. Damit kann der BioDisk-Synthesizer genutzt werden, um Stoffe zu identifizieren, die z. B. zur Früherkennung von Krankheiten oder als Medikamente eingesetzt werden können.