Die Rolle der mikrobiellen miRNA bei Infektionen durch die vakuolären Erreger Brucella und Coxiella

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Sascha Al Dahouk; Professorin Dr. Anja Lührmann
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529926221

Die Pathogen-Wirt-Interaktion ist entscheidend für den Krankheitsverlauf. Bisher konzentrierte sich deren Analyse auf das Zusammenspiel bakterieller Proteine mit Wirtszell-Proteinen, bzw. -Lipiden. In letzter Zeit wurde jedoch der bedeutende Einfluss des nicht-kodierenden Genoms von Bakterien bei der Regulation der Infektion erkannt. So wurde kürzlich gezeigt, dass Bakterien auch miRNA-ähnliche sRNAs (miRNA) in Wirtszellen transportieren, um diese zu manipulieren. Dies verändert das Verständnis der bakteriellen Pathogenese grundlegend, und eröffnet unzählige neue Anwendungsmöglichkeiten. Daher hat unser Konsortium bioinformatisch potentielle prä-miRNAs identifiziert, die in den Genomen der bakteriellen Krankheitserreger Brucella suis und Coxiella burnetii kodiert sind. Diese Zoonose-Erreger sind weltweit verbreitet und verursachen große wirtschaftliche und gesundheitliche Schäden. Brucella spp. und C. burnetii etablieren persistierende Infektionen, indem sie die angeborene Immunantwort unterlaufen und die Wirtszell-Apoptose hemmen. Wir konnten nachweisen, dass einige der von uns bioinformatisch vorhergesagten bakteriellen miRNAs im Zytoplasma infizierter Zellen vorhanden und mit dem RISC assoziiert sind. So haben wir acht Sequenzen im Genom von B. suis und 12 Sequenzen im Genom von C. burnetii validiert. Für zwei vorhergesagte prä-miRNA-ähnliche Sequenzen, eine von jedem Erreger, wurde nachgewiesen, dass sie an Wirtszell-miRNA-Erkennungselemente binden, und somit miRNA-Eigenschaften haben könnten. Ferner konnten wir zeigen, dass die miRNA MIR6325 von B. suis eine Rolle bei der intrazellulären Replikation spielt. Unsere vorläufigen Daten liefern somit erste Hinweise, dass der intrazelluläre Erreger B. suis die Wirt-Pathogen-Interaktionen mit Hilfe von MIR6325 moduliert. Brucella spp. und C. burnetii als komplementäre Modellorganismen sind von Vorteil: 1) beide Bakterien verwenden das T4SS und produzieren OMV, die an dem Transport von sRNAs beteiligt sein könnten; 2) beide replizieren stark in Vakuolen, was die intrazelluläre Lokalisierung bakterieller miRNAs erleichtert. Im geplanten Projekt wollen wir die Rolle bakterieller miRNAs während der Infektion mittels bereits etablierten Methoden, wie NGS, zellulärer Mikrobiologie, Mikroskopie und Screening-Ansätzen untersuchen. Im Detail werden wir 1) miRNAs identifizieren, die während der frühen und späten Infektion in die Wirtszelle transportiert werden; bestimmen, ob Stress den Transport von miRNAs beeinflussen; das miRNA-Repertoire verschiedener B. suis Biovare und C. burnetii Isolate vergleichen; 2) den Transportweg und die Verarbeitungsmechanismen der miRNAs charakterisieren; 3) die Wirtszellziele der bakteriellen miRNAs identifizieren und validieren; und 4) die Funktion der miRNAs und ihre Rolle während der Infektion analysieren. Somit wird uns dieses Projekt ermöglichen, die bakteriellen miRNAs zweier Zoonose-Erreger und ihre Funktion während der Infektion zu beschreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Stephan Köhler