Die Rolle der Epistase in der Arzneimittelresistenz von Leishmanien

• Antragsteller: Tom Beneke, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532631727

Leishmanien werden durch die Sandmücke auf ihren Wirt übertragen und können zu lokalen (kutaner Leishmaniose, CL) und viszeralen Infektionen (viszeraler Leishmaniose, VL) führen. Da es keinen Impfstoff für Menschen gibt, werden Medikamente gegen Leishmaniose über Jahre die einzige Behandlungsmöglichkeit bleiben, und es ist wichtig zu verstehen, wie Leishmanien gegen diese resistent werden können. Ein möglicher Resistenzmechanismus von Leishmanien ist die Genominstabilität. Dies hat zur Hypothese geführt, dass Leishmanien sich schnell an veränderte Umgebungen anpassen können, indem sie die Dosierung ihrer Gene variieren. Ich schlage jedoch vor, diese Hypothese zu erweitern und genetische Interaktionen (oder Epistase) mit einzubeziehen. D.h., dass Resistenzen in Leishmanien entstehen können durch die kombinierte Wirkung einer gleichzeitigen Mutation in zwei oder mehreren Genen. In diesem Projekt möchten wir diese Hypothese durch den Einsatz einer neu entwickelten „CRISPR/Cas9-Cytosine-Base-Editor“ (CBE) Methode ("LeishBASEedit") testen. Diese erlaubt erstmals die Durchführung von genetischen Experimenten mittels der Transfektion von Plasmidbibliotheken. Diese neue Methode soll genutzt werden, um einen genomweiten funktionellen Resistenzscreen in einem repräsentativen CL (L. mexicana) und VL (L. donovani) Stamm durchzuführen. In der ersten Finanzierungsperiode werden ein PhD-Student und ein Assistent diesen angestrebten CBE Screen mit vier relevanten Leishmaniose Medikamenten (liposomalem Amphotericin B, Miltefosin, DNDI-6148 und DNDI-0690) durchführen. Unabhängig davon werden wir die CBE Methode anpassen, um zwei oder mehrere Gene gleichzeitig in einer Zelle auszuschalten. Dies bildet dann die Grundlage für einen kombinatorischen funktionellen Resistenzscreen in der darauffolgenden zweiten Finanzierungsperiode. Die identifizierten Resistenzmechanismen und deren assoziierten Biomarker werden dann charakterisiert, indem individuelle Mutanten produziert und untersucht werden. Um anderen Forschern zu ermöglichen, ähnliche Screens durchzuführen, werden wir einen CRISPR-Screening-Workshop organisieren und generierte Plasmidbibliotheken für genomweite einzel- und kombinatorische Screens mit der Forschungsgemeinschaft teilen. Unser Projekt wird erstmals Daten zur Arzneimittelresistenz von Leishmanien für nahezu alle Protein kodierende Gene und ihre genetischen Partner liefern. Dies wird genregulatorische Netzwerke aufzeigen, die für eine Vielzahl von eukaryotischen und parasitären Systemen relevant sind. Außerdem werden wir genomweite Fitnessdaten für zwei Leishmanien Stämme generieren, die es erstmals ermöglichen, artenspezifische Unterschiede zu identifizieren. Unsere Hoffnung ist, dass die hier identifizierten Biomarker uns ermöglichen werden, resistente Parasiten in endemischen Regionen zu erkennen, ausgewählte Behandlungen für diese anzuwenden und in Zukunft dazu beitragen, neue Medikamente zu entwickeln, die Resistenzmechanismen umgehen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Schweiz
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Eva Gluenz; Professor Dr. David Horn; Dr. Susan Wyllie