Modellierung der Co-Infektionsdynamik respiratorischer Viren in humanem Epithelgewebe

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Frederik Graw; Rosa Estefania Rodriguez Burgos, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Virologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505430886

Jedes Jahr infizieren sich Millionen von Menschen mit unterschiedlichen respiratorischen Viren, die entweder milde oder schwere Krankheitsverläufe verursachen, und zu lokalen oder sogar pandemischen Ausbrüchen führen können. In den letzten Jahren konnten verbesserte Diagnosetechniken das häufige Auftreten von Co-Infektionen zeigen, bei denen ansonsten harmloses Viren bei Patienten vorkommen, die mit schwereren Atemwegsviren, wie Influenza oder SARS-CoV-2, infiziert sind. Allerdings ist bisher nicht bekannt, wie solche Co-Infektionen Virulenz, Krankheitsverlauf, und Transmission der einzelnen Pathogene beeinflussen, oder sich auf die Effektivität von medikamentösen Therapien auswirken. Um zu verstehen, wie Viren auf Patienten- und Populationsebene co-existieren, und wie neue Erreger wie SARS-CoV-2 die Pathogenlandschaft beeinflussen werden, bedarf es daher einer verbesserten quantitativen Charakterisierung von grundlegenden virus-spezifischen Aspekten wie Zelltropismus, Transmissionsdynamik und Wirts-Pathogen Beziehungen. In diesem Projekt kombinieren wir daher verschiedene experimentelle Ansätze mit daten-analytischen Methoden und mathematischer Modellierung, um (i) die Replikationsdynamik von vier häufig vorkommenden respiratorischen Viren zu charakterisieren und (ii) die Auswirkungen von Co-Infektionen auf diese Dynamiken zu bestimmen, sowie um den Einfluss von Co-Infektionen auf (iii) die Effektivität antiviraler Therapien und (iv) die Virulenz und Übertragbarkeit auf Populationsebene zu analysieren. Dabei konzentrieren wir uns auf das Humane Rhinovirus (HRV) und Respiratory Syncytial Virus (RSV) als Beispiele für saisonal vorkommende Viren, und Influenza A (IAV) und SARS-CoV-2 als Beispiele für pandemische Viren. Durch die Verwendung von Air-Liquid-Interface-Kulturen aus humanem Bronchialgewebe und unterstützt von Tiermodellen werden wir die zelltyp-spezifische Infektivität, Virusreplikationskinetik und angeborene Immunantwort unter physiologisch relevanten Bedingungen analysieren. Die Kombination von longitudinalen Messungen der Infektionsdynamik und Bildgebungsdaten mit detaillierten mathematischen Modellen erlaubt uns dabei die Identifikation und Quantifizierung von Schlüsselparametern, die virus-spezifische Replikation, Ausbreitung und Immunreaktionen auf Einzelzellebene regulieren. Durch wiederholte Iterationen zwischen mathematischer Modellierung und in vitro und in vivo Experimenten werden wir analysieren, in wieweit Co-Infektionen diese Parameter beeinflussen und antivirale Therapien gegen IAV oder SARS-CoV-2 beeinträchtigen. Diese Ergebnisse fließen dann in epidemiologische Modelle ein, um zu bestimmen, wie Co-Infektionsdynamiken auf zellulärer Ebene und eine breite Exposition zu antiviralen Therapien die Pathogenlandschaft beeinflussen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Jeremie Guedj, Ph.D.