Die Reaktion menschlicher Darmzellen und -strukturen auf Bacillus cereus Enterotoxine

• Antragstellerin: Dr. Nadja Jeßberger
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407925087

Im Vorläuferprojekt wurde die Wirkungsweise des porenformenden Enterotoxins Hämolysin BL (Hbl) aus Bacillus cereus detailliert charakterisiert. Die Ergebnisse aus diesem erfolgreichen Projekt wurden in drei wissenschaftlichen Originalpublikationen, zwei Doktorarbeiten und zwei Übersichtsartikeln veröffentlicht. Außerdem trugen sie zu vier weiteren Originalpublikationen und einem Buchkapitel bei. Natürlich warfen sie auch neue Fragen auf, vor allem hinsichtlich der Effekte auf humane intestinale Zielzellen und -strukturen. Das Ziel des beantragten Folgeprojekts ist die Weiterführung der detaillierten Charakterisierung dieser faszinierenden Interaktion von Enterotoxinen (erweitert auf Hbl und Nhe) und dem Wirt. Folgende Fragen sind ungeklärt: - Wie reagieren intestinale Zellen auf B. cereus und seine porenformenden Enterotoxine? - Gibt es hier Unterschiede zwischen den beiden Enterotoxinen? - Induzieren diese Toxine grundsätzlich Apoptose oder treten auch zelluläre Reparaturmechanismen ein? - Wie kann das Bakterium im menschlichen Darm überleben, proliferieren und Toxine produzieren? Diese wichtigen Fragen werden in sechs Arbeitspaketen geklärt. Unser erstes Zielzellmodell, eine Co-Kultur von humanen CaCo-2 und Mucus-produzierenden HT29-MTX Zellen, wird zunächst mit letalen und subletalen Enterotoxinmengen versetzt. Veränderungen von Ionenströmen und des Membranwiderstands, die transkriptionelle Zellantwort und die Aktivierung apoptotischer Signalwege werden erfasst. Außerdem werden die Bedingungen bestimmt, unter denen Reparaturmechanismen und das Überleben der Zellen begünstigt werden (Toxinmenge und Expositionsdauer, Signalwege, etc.). Darüber hinaus werden diese Prozesse durch die Verwendung humaner intestinaler Organoide, abgeleitet aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen, noch detaillierter simuliert. Zusammen mit unserer Kooperationspartnerin Prof. Seeger werden wir Erhalt oder Strukturverlust der Organoide untersuchen sowie eine mögliche (post-)transkriptionelle Reaktion (Aktivierung zellulärer Signalwege). In einem weiteren Ansatz werden die Menge an Enterozyten und weiterer Zelltypen im Organoid variiert, wodurch ein bevorzugter Zielzelltyp identifiziert werden kann. Neben den Enterotoxinen wird auch den Verbleib des Bakteriums selbst im Organoid untersucht (Sporenauskeimung, Überleben, Proliferation, etc.). Mit Unterstützung unseres Kooperationspartners Dr. Dietrich werden wir die Mengen an Enterotoxinen bestimmen, die das Bakterium im Organoid produziert. Letztendlich werden obige Untersuchungen auch mit weiteren B. cereus Virulenzfaktoren durchgeführt, wie z.B. mit Hämolysin II, der Sphingomyelinase oder sekretierten Proteasen. Alles in allem wird das beantragte Projekt wichtige Informationen über den Beginn und den Verlauf der gastrointestinalen Erkrankung durch die porenformenden B. cereus Enterortoxine liefern, ebenso wie neues Wissen über die variablen Prozesse, die diese Toxiko-Infektion begünstigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Bettina Seeger