3D-Hochdurchsatz-Tracking von Vibrio cholerae in Schleim und schleimähnlichen Medien zur Bewertung der Dynamik von Infektionen im Frühstadium

• Antragstellerin: Professorin Dr. Marianne Grognot
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570781731

Viele Bakterien können durch Drehung einer oder mehrerer Geißeln schwimmen, worunter sich schätzungsweise die Hälfte der bakteriellen Krankheitserreger befinden. Durch Motilität und Chemotaxis kann sich ein bewegliches Bakterium in seiner Umgebung zurechtfinden und wird in seinen Eigenschaften beeinflusst (Ausbreitung, finden von Nähstoffquellen, Zugang zu bestimmten Nischen...). Es wird vermutet, dass bakterielle Motilität und Chemotaxis für die Pathogenität wichtig sind und es wird oft angenommen, dass diese Faktoren auch den Bakterien ermöglichen, die schützende Schleimbarriere unserer Schleimhäute zu überwinden. Jedoch gibt es bisher noch keine direkte Quantifizierung dieses denkbaren Infektionsmechanismus, was durch eine Kombination aus (i) einem generellen Nichtbeachten der Schleim-Schicht und/oder der bakteriellen Motilitätsphänotypen und (ii) den großen Einschränkungen des 2D-Fluoreszens-Trackings von Bakterien zurückzuführen sein könnte - insbesondere, in komplexen Strukturen wie Schleim. In diesem Projekt planen wir einen "Mucus-Crossing-Assay" zu entwickeln, bei dem wir bakterielle Krankheitserreger bei der Fortbewegung durch Schleim über einer Zellschicht in 3D beobachten wollen. Fluoreszenzbasiertes 3D-Tracking gibt es bereits für in Puffer schwimmende Bakterien: wir wollen es mit neueren Bildanalysemethoden auf (optisch hochkomplexen) Schleim ausweiten. Synergistisch werden wir einen Hochdurchsatz-Chemotaxis-Assay einsetzen, um unsere Hypothesen in einfachen, Schleim imitierenden Kulturmedien zu testen und eine weitere Phänotypisierung der Fortbewegung zu ermöglichen. Bei diesen beiden Assays wollen wir uns auf Vibrio cholerae konzentrieren. Motilität ist seit langem als wichtiger Virulenzfaktor für V. cholerae bekannt, allerdings nur durch indirekte Ansätze, welche zu mehreren offenen Hypothesen und/oder widersprüchlichen Ergebnissen geführt haben. Die Rolle der Chemotaxis zur Steuerung der Fortbewegung zu den Infektionsstellen ist noch umstrittener. Wie schwimmt V. cholerae im Schleim? Welches ist das erfolgreichste Schwimmverhalten, um den Schleim zu durchbrechen? Wie hängt das Schwimmverhalten mit den Schleimeigenschaften und der Expression anderer pathogener Faktoren (z.B. Mucinasen) zusammen? Treibt die Chemotaxis zu Gallensäuren die Leistung von V. cholerae beim Überwinden der Schleimbarriere an oder stört sie diese? Unsere Arbeit wird zu diesen umstrittenen Themen einen völlig neuen Ansatz liefern, die Interpretation widersprüchlicher experimenteller Ergebnisse auf Makroebene verbessern, eine Vielzahl ungeprüfter Hypothesen in der Literatur bewerten und quantitative Argumente vorschlagen, um bestehende Vorschläge für Behandlungsstrategien zu nuancieren. Insgesamt hat dieses Projekt ein großes Potenzial, unser Verständnis von Wirt-Mikroben Interaktionen zu vertiefen, indem es einen einzigartigen und direkten Ansatz zur Untersuchung eines wahrscheinlich weit verbreiteten Infektionsmechanismus vorschlägt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen