Konfokales Laserscanning-Mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das konfokale Laserscanning-Mikroskop wird am Lehrstuhl für Mikrobiologie unter anderem zur Erforschung der Infektionsprozesse von obligat intrazellulären Bakterien eingesetzt. Chlamydia trachomatis, C. pneumoniae and Simkania negevensis sind als obligat intrazelluäre Bakterien auf Wirtszellen für ihre Vermehrung angewiesen. Diese Bakterien setzen Strategien ein, die Apoptose der Wirtszelle effektiv zu verhindern, um ihrer Eliminierung durch das Immunsytem zu entgehen. C. pneumoniae infiziert die Atemwege des Menschen und kann eine akute Lungenentzündung auslösen. In manchen Fällen persistiert der Erreger im Menschen über lange Zeit und begünstigt möglicherweise chronische Erkrankungen wie Arteriosklerose, Alzheimer und Krebs. Ein charakteristisches Kennzeichen von Krebszellen ist deren Apoptoseresistenz, die verhindert, dass sie auf natürlichem Weg beseitigt werden. In dieser Eigenschaft sind Tumorzellen den infizierten Wirtszellen sehr ähnlich. Erste Befunde zeigen, dass Chlamydien in ihren Wirtszellen vergleichbare Signalwege aktivieren, die auch in Tumorzellen aktiv sind. Ein Forschungsprojekt in dem das konfokale Mikroskop eine wichtige Anwendung besitzt, ist die Aufklärung der molekularen Grundlagen der Apoptoseresistenz infizierter Zellen, um neue therapeutische Strategien für die Behandlung der akuten und persistenten Chlamydieninfektion entwickeln zu können. Ziel ist es daher, bakterielle Effektoren zu identifizieren und zu charakterizieren, die an der Modulation von Signalwegen im Verlauf des Chlamydien-Entwicklungszyklus beteiligt sind und Einfluss auf die Ausbildung einer Apoptoseresistenz der infizierten Wirtszelle besitzen. Um bakterielle Effektoren funktionell charakterisieren zu können, werden diese mit Hilfe von heterologen Sekretionssytemen in der Wirtszelle exprimiert. Durch verschiedene fluoreszierende Markierungen der Effektoren können diese intrazellulär lokalisiert und deren Interaktionen mit den Wirtszellen mittels 3D-Rekonstruktionen bestimmt werden. Weiterhin steht die Bedeutung der Apoptose für den Infektionsverlauf von pathogenen Neisserien im Fokus eines Forschungsprojekts, bei dem das konfokale Mikroskop von entscheidender Bedeutung ist. Neisseria gonorrhoeae ist der Verursacher der Geschlechtskrankheit Gonorrhoe und gehört zur Gruppe der Bakterien, die Apoptose in den Wirtszellen induzieren. Es wird vermutet, dass diese nur im Menschen vorkommenden Bakterien so das Immunsystem ihres Wirtes schwächen, um sich dauerhaft im Wirt zu etablieren. Gonokokken infizieren den Urogenitaltrakt des Menschen, können aber auch in seltenen Fällen in den Blutstrom disseminieren und so eine gefährliche Sepsis auslösen. Wir konnten zeigen, dass ein Protein in der äußeren Membran der Erreger, das PorB Porin, sowohl bei der Apoptoseregulation als auch bei der Dissemination eine wichtige Rolle spielt. PorB transloziert im Verlauf der akuten Infektion in die Wirtszelle und schädigt hierbei die Mitochondrien. Dieser Vorgang löst in der Wirtszelle die Apoptose aus. Disseminierende Bakterien interagieren über das PorB mit Rezeptoren der Wirtszelle und induzieren so ihre Aufnahme in die Wirtszelle. Molekulare Mechanismen, die der Neisserien-Wirtsinteraktion und der Apoptoseregulation durch Wechselwirkung mit mitochondrialen Faktoren zugrunde liegen, konnten mit Hilfe von Fluoreszenzmarkierungen von uns identifiziert und aufgeklärt werden. Ziel eines weiteren Projekts am Lehrstuhl war es, die biologische Bedeutung der Endosymbiose von obligat intrazellulären Bakterien und ihren Wirtstieren, Ameisen z.B. der Gattung Camponotus, und die Anpassungsstrategien der beiden Partner aneinander zu untersuchen. Zum einen sollte der Nutzen der Bakterien für den Wirt charakterisiert werden, zum anderen sollten grundsätzliche Aspekte der Adaptation des bakteriellen Partners an den Wirt untersucht werden. Dazu zählen Fragen zur metabolen Interaktion der beiden Partner ebenso wie die Definition eines Endosymbionten-Promotors, Untersuchungen zu Mechanismen der differentiellen Genregulation, zur genomischen Diversität der Bakterien verschiedener Wirtstiere und zur immunologischen Reaktivität der Bakterien. Mittels konfokaler Laserscanning-Mikroskopie konnte auch die Verteilung von endosymbiontischen Bakterien und Bakteriozyten zu verschiedenen Stadien im Verlauf der Entwicklung der Ameise Camponotus floridanus untersucht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Bacteriocyte dynamics during development of a holometabolous insect, the carpenter ant Camponotus floridanus. BMC Microbiol. 2010 Dec 1;10:308
Stoll S, Feldhaar H, Fraunholz MJ, Gross R
- Evolutionary conservation of infection-induced cell death inhibition among Chlamydiales. PLoS One. 2011;6(7):e22528
Karunakaran K, Mehlitz A, Rudel T
- HIF-1α is involved in mediating apoptosis resistance to Chlamydia trachomatis-infected cells. Cell Microbiol. 2011 Oct;13(10):1573-85
Sharma M, Machuy N, Böhme L, Karunakaran K, Mäurer AP, Meyer TF, Rudel T
- Neisserial Omp85 protein is selectively recognized and assembled into functional complexes in the outer membrane of human mitochondria. J Biol Chem. 2011 Jul 29;286(30):27019-26
Kozjak-Pavlovic V, Ott C, Götz M, Rudel T
- Imbalanced oxidative stress causes chlamydial persistence during non-productive human herpes virus co-infection. PLoS One. 2012;7(10):e47427
Prusty BK, Böhme L, Bergmann B, Siegl C, Krause E, Mehlitz A, Rudel T
- Sam50 functions in mitochondrial intermembrane space bridging and biogenesis of respiratory complexes. Mol Cell Biol. 2012 Mar;32(6):1173-88
Ott C, Ross K, Straub S, Thiede B, Götz M, Goosmann C, Krischke M, Mueller MJ, Krohne G, Rudel T, Kozjak-Pavlovic V
