Medienmitteilung der Universität Basel vom 09.11.2015

Forscher am Biozentrum der Universität Basel haben eine neue Untersuchungsmethode mit Nanobodies entwickelt. Mit dem sogenannten «Morphotrap» konnte nun erstmals in der Fruchtfliege die Funktion des Morphogens Dpp, das für das Flügelwachstum eine wichtige Rolle spielt, bestimmt werden. Auch zukünftig lässt sich die Methode für viele weitere Untersuchungen zum Organwachstum einsetzen. Die Ergebnisse der Studie sind jetzt im Fachjournal «Nature» publiziert.

Zwei grundlegende Prozesse, die die Organentwicklung steuern, sind das Grössenwachstum und die Regulation der räumlichen Form. Die Forschungsgruppe von Prof. Markus Affolter am Biozentrum der Universität Basel hat nun die Methode «Morphotrap» entwickelt, mit der sie die Entwicklung des Flügels in der Fruchtfliege untersuchten.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass das Signalmolekül Dpp, ein sogenanntes Morphogen, das Grössenwachstum im Zentrum der Imaginalscheibe des Flügels, nicht aber das Wachstum der peripheren Bereiche beeinflusst. Es ist das erste Mal, dass zu einer solchen Untersuchung ein Anti-GFP-Nanobody erfolgreich eingesetzt wurde. Diese Methode ermöglicht auch zukünftig neue Untersuchungen zur Organentwicklung.

Neue Methode «Morphotrap»: Nanobodies visualisieren Grössenwachstum

Nanobodies sind kleinste Antikörperfragmente, die von Kamelen gewonnen werden, und mit deren Hilfe sich Moleküle im lebendigen Organismus greifbar machen lassen. Bei der Methode «Morphotrap» setzen die Wissenschaftler um Affolter Anti-GFP-Nanobodies ein. Diese Nanobodies ermöglichen es, die Funktionen von GFP-markierten Proteinen im lebenden Organismus schneller und gezielter zu untersuchen als mit herkömmlichen Methoden.

«Diese Anti-GFP-Nanobodies halten das Morphogen Dpp an unterschiedlichen Stellen im Flügel zurück, so dass sich der Einfluss von Dpp auf das Wachstum erkennen und verändern lässt», erklärt Stefan Harmansa, Erstautor der Studie.

Morphogen Dpp reguliert Grössenwachstum im Zentrum der Imaginalscheibe

Um den Einfluss des Morphogens Decapentaplegic (Dpp) genauer zu bestimmen, untersuchte Affolters Gruppe die Flügelscheibe der Fruchtfliege, genauer gesagt die Imaginalscheibe. Diese ist das Vorläufergewebe des erwachsenen Fliegenflügels und dient als Modell für Untersuchungen zur Organentwicklung.

«Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Morphogen Dpp lediglich für das Wachstum im Zentrum der Imaginalscheibe eine Rolle spielt. Die peripheren Bereiche wachsen auch dann, wenn wir Dpp daran hindern, in diese Regionen vorzudringen», so Harmansa. «Mithilfe des GFP-Nanobodies konnten wir nun erstmals aufzeigen, inwieweit das Morphogen Dpp die Flügelgrösse mitbestimmt und haben so eine der beiden vorherrschenden Theorien auf diesem Gebiet widerlegt», sagt Harmansa.

Dass sich GFP-Nanobodies so erfolgreich für Untersuchungen in komplexen Lebewesen einsetzen lassen, ist eine grosse Errungenschaft. Auch für zukünftige Forschungsprojekte möchte Affolter die Methode nun verwenden: «Wir werden in einem nächsten Schritt untersuchen, wann das Morphogen Dpp zeitlich wirkt. Die Korrelation zwischen dem räumlichen und zeitlichen Einfluss von Dpp wird uns neue Erkenntnisse über das Organwachstum und vielleicht auch über mögliche Gründe für Störungen in diesem Prozesse liefern», so Affolter.

Originalbeitrag:
Stefan Harmansa, Fisun Hamaratoglu, Markus Affolter & Emmanuel Caussinus
Dpp spreading is required for medial but not for lateral wing disc growth
Nature (2015), doi: 10.1038/nature15712

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Medienmitteilung der Universität Basel vom 23.10.2015

Tuberkulose-Bakterien bedienen sich eines eigensinnigen Tricks. Sie zeigen sich dem Immunsystem immer in derselben Gestalt. Ihre Antigenvariation ist äusserst gering. Dagegen reagiert das angegriffene Immunsystem heftig. Ein Befall der Atemwege und damit die weitere Verbreitung der Krankheit über Atemluft sind die Folge. Das zeigen Forschende der Universität Basel und des Schweizerischen Tropen- und Public Health-Instituts (Swiss TPH) in der Zeitschrift «Cell Host & Microbe».

Zwischen Immunsystem und eindringenden Krankheitserregern herrscht ein ständiges Wettrüsten. Gegen unliebsame Eindringlinge wie Bakterien, Viren oder Parasiten entwickelt das Immunsystem Antikörper. Um diese Abwehr zu unterlaufen, ändert der Krankheitserreger ständig seine Erkennungsmerkmale, die sogenannten Antigene, und bleibt so für die Antikörper unangreifbar. Diesen, evolutionär entstandenen, Mechanismus nutzen die meisten Krankheitserreger aus.

Anders verhält sich der Erreger der Tuberkulose, das Mycobacterium tuberculosis. Die vom Immunsystem erkannten Antigene des TB-Bakteriums unterscheiden sich zwischen unterschiedlichen Stämmen nur sehr wenig und sind evolutionär hochkonserviert. Das zeigen Wissenschaftler des Swiss TPH und der Universität Basel mithilfe von Genomanalysen von 216 verschiedenen Tuberkulose-Linien. «Die geringe Antigenvariation verschafft den TB-Bakterien womöglich einen Evolutionsvorteil», sagt Sébastien Gagneux vom Swiss TPH und Mitautor der Studie.

Denn diese hochkonservierten Antigene provozieren bei einer TB-Infektion eine heftige Immunreaktion. Sie führt zu einem starken Befall der Lungen, was wiederum die weitere Verbreitung von infektiösen TB-Bakterien von Mensch zu Mensch über Husten begünstigt und das Überleben der Keime sichert.

Neues Angriffsziel für einen neuen TB-Impfstoff

Auch identifizierten die Wissenschaftler sieben TB-Antigene, die nicht hochkonserviert, sondern äusserst variabel sind und bei Erkrankten eine Immunreaktion auslösen. Diese Ausnahmen könnten wichtige Angriffsziele bei der Entwicklung eines neuen Impfstoffs gegen Tuberkulose werden. Denn die herkömmlichen Impfstoffkandidaten gegen TB basieren auf den hochkonservativen Antigenen, die eine starke Immunreaktion auslösen und dem Bakterium einen Vorteil verschaffen.

«Das Immunsystem mit einem Antigen zu stimulieren, das den Bakterien nützt, ist nicht die beste Strategie», sagt Gagneux zur bisherigen Impfstoffstrategie. Die neuen Erkenntnisse versprechen hier möglicherweise einen effektiveren Ansatz zur Entwicklung einer Tuberkulose-Impfung.

Originalbeitrag:
Mireia Coscolla, Richard Copin, Jayne Sutherland, Florian Gehre, Bouke de Jong, Olumuiya Owolabi, Georgetta Mbayo, Federica Giardina, Joel D. Ernst, and Sebastien Gagneux
M. tuberculosis T Cell Epitope Analysis Reveals Paucity of Antigenic Variation and Identifies Rare Variable TB Antigens
Cell Host & Microbe (2015), doi: 10.1016/j.chom.2015.10.008

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Pressemitteilung der Universität Tübingen vom 28.07.2015

Wissenschaftler der Universität Tübingen untersuchen molekulare Steuerung der Gefäßentwicklung bei Mäusen – Ursachenforschung für Schlaganfall beim Menschen

Das Gehirn hat einen hohen Sauerstoffbedarf, sein Gewebe wird daher bis in jeden kleinsten Winkel von haarfeinen Blutgefäßen durchzogen. Sind diese Kapillaren zum Beispiel durch Bluthochdruck oder hohes Lebensalter geschädigt, sprechen Mediziner von der Kleingefäßerkrankung des Gehirns. Diese ist nach Einschätzung von Medizinern Ursache von etwa einem Fünftel der Schlaganfälle und kann bestimmte Formen der Demenz zur Folge haben. Wie die Entwicklung und Instandhaltung der Kapillaren im Gehirn auf molekularer Ebene gesteuert wird, haben Dr. Christine Weinl und Professor Alfred Nordheim vom Interfakultären Institut für Zellbiologie der Universität Tübingen und Salvador Castaneda und Professor Bernd Pichler vom Tübinger Werner Siemens Imaging Center analysiert. Die Studie ist eine internationale Zusammenarbeit von Wissenschaftlern aus Deutschland, Frankreich und den USA. Die Forscher haben bei Untersuchungen an gentechnisch veränderten Mäusen festgestellt, dass der in vielen anderen zellulären Prozessen wichtige „Serum Response Faktor“ mehrere Gene steuert, die für die Stabilität und Schrankenfunktion der kleinen Gefäße entscheidend sind. Die Ergebnisse geben wichtige Hinweise auch für die Schlaganfallforschung am Menschen. Die Studie wird in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (USA) veröffentlicht.

Die feinen Gefäße im Gehirn werden von den sogenannten Endothelzellen gebildet, die durch mehrere Kontaktstrukturen eng miteinander verbunden sind. Diese Kontakte zwischen den Endothelzellen verleihen den Kapillaren eine hohe mechanische Stabilität und erlauben den Zellen darüber hinaus, den Stoffaustausch zwischen dem Blut und dem Hirngewebe spezifisch und genau zu kontrollieren. Sie bilden die sogenannte Blut-Hirn-Schranke, die das empfindliche Hirngewebe besonders vor Schadstoffen schützt.

Das Wissenschaftlerteam untersuchte gentechnisch veränderte Mäuse, bei denen in den Endothelzellen der „Serum Response Faktor“ künstlich entfernt wurde. Bei diesen Mäusen war die Blut-Hirn-Schranke nicht voll funktionsfähig, und im Gehirn traten vermehrt Blutungen auf – die Tiere entwickelten das Krankheitsbild der Kleingefäßerkrankung des Gehirns. Sowohl bei neugeborenen als auch bei erwachsenen Mäusen löste ein Mangel an „Serum Response Faktor“ Gehirnblutungen aus.

Über bildgebende Verfahren der Magnetresonanztomografie (MRT) ließen sich die entstehenden Schäden im Gehirn genauer lokalisieren und im zeitlichen Ablauf erfassen. Auf molekularer Ebene zeigte sich, dass der „Serum Response Faktor“ Einfluss auf mehrere Gene nimmt, die zur Entwicklung und Stabilität der kleinen Gefäße aktiv sein müssen. Bei Mangel an „Serum Response Faktor“ verloren die dichten Zellverbindungen der kleinen Gefäße ihre Funktionalität und erlaubten den Austritt von Blut aus den Gefäßen. Die Wissenschaftler machten somit den „Serum Response Faktor“ als Hauptregulator des Aufbaus und der Aufrechterhaltung der Blut-Hirn-Schranke dingfest. Sie entwickeln die Hypothese, dass eine veränderte Aktivität des Faktors und seiner Zielgene auch beim Menschen zum Entstehen der Kleingefäßkrankheit des Gehirns und bestimmter Formen des Schlaganfalls beitragen könnte.

Originalveröffentlichung:
Christine Weinl, Salvador Castaneda Vega, Heidemarie Riehle, Christine Stritt, Carsten Calaminus, Hartwig Wolburg, Susanne Mauel, Angele Breithaupt, Achim D. Gruber, Bohdan Wasylyk, Eric N. Olson, Ralf H. Adams, Bernd J. Pichler, and Alfred Nordheim: Endothelial depletion of murine SRF/MRTF provokes intracerebral hemorrhagic stroke. PNAS, Veröffentlichung in der Woche vom 27. bis 31. Juli 2015, DOI: 10.1073/pnas.1509047112

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Presseinformation der LMU München vom 17.06.2015

LMU-Forscher haben ihren Impfstoffkandidaten gegen das MERS-Coronavirus in einem präklinischen Test erfolgreich getestet. Nun ist eine klinische Studie in Planung.

Bislang gibt es keine vorbeugende Impfung gegen das Middle East Respiratory Syndrom Coronavirus (kurz: MERS-CoV), mit dem sich in jüngster Zeit mehr als 150 Menschen in Südkorea infiziert haben und das tödliche Krankheitsverläufe verursachen kann. Forscher um Professor Gerd Sutter, Inhaber des Lehrstuhls für Virologie am Institut für Infektionsmedizin und Zoonosen der LMU, haben bereits vor zwei Jahren einen möglichen Impfstoffkandidaten entwickelt. Nun haben sie seine Wirksamkeit in einem weiteren präklinischen Test nachgewiesen – die Voraussetzung, um seine Verträglichkeit am Menschen zu überprüfen. Über ihre jüngsten Ergebnisse berichten die LMU-Virologen aktuell in der Fachzeitschrift Journal of Virology.

Der Impfstoffkandidat MVA-MERS-S wurde von dem Team um Sutter in Zusammenarbeit mit Forschern der Philipps-Universität Marburg und des Erasmus Medical Center Rotterdam auf Basis des Modifizierten Vacciniavirus Ankara (MVA) entwickelt. Die Impfviren MVA sind molekularbiologisch so modifiziert, dass Proteine von Krankheitserregern als Impfantigene hergestellt werden können. Dabei wurde die genetische Information des Krankheitserregers, in diesem Fall also des Coronavirus, in das Genom der MVA-Viren geschleust.

Sicher in der Wirkung

„Wir konnten nun erstmals im Mausmodell die Wirksamkeit unseres MVA-MERS-S Impfstoffkandidaten gegen MERS-CoV-Belastungsinfektionen zeigen“, sagt Dr. Asisa Volz vom Lehrstuhl für Virologie. Zuvor hatten die Forscher die Immunogenität bereits in Zellkulturen nachgewiesen: Er sorgt dafür, dass sich ausreichend MERS-CoV neutralisierende Antikörper bilden.

In dem aktuell im Journal of Virology veröffentlichten Test wurden gentechnisch veränderte Mäuse, die für das Coronavirus empfänglich sind, mit MVA-MERS-S geimpft. Bei den geimpften Mäusen, die mit einer hohen Dosis des MERS-CoV infiziert wurden, war die Virenkonzentration verglichen mit nicht geimpften Tieren deutlich reduziert. „Dieser Test zeigt, wie sicher und effektiv unser Impfstoffkandidat ist. Es besteht keine Gefahr, dass sich durch die angeregte Immunantwort die Infektion mit dem Coronavirus noch verstärken könnte“, sagt Gerd Sutter.

Der Impfstoffkandidat MVA-MERS-S erfüllt damit inzwischen wichtige Voraussetzungen, um im Rahmen einer klinische Studie erstmals am Menschen getestet zu werden. Das Projekt „GMP manufacture and Phase I clinical investigation of MVA-MERS-S, an experimental prophylactic vaccine against the Middle East Respiratory Virus Syndrome” wird nun am Deutschen Zentrum für Infektionsforschung unter der Leitung von Gerd Sutter durchgeführt; Mittel in Höhe von knapp 1,5 Millionen Euro sind bereits zugesagt.

Das MERS-CoV verursacht grippeähnliche Krankheitsverläufe, die zum Tod führen können. Es ist seit dem Jahr 2012 bekannt und trat zunächst im saudi-arabischen Raum auf. Der aktuelle MERS-Ausbruch in Südkorea ist die bislang größte registrierte Infektionswelle außerhalb des Nahen Ostens. Er geht auf einen Patienten zurück, der zuvor mehrere Länder auf der arabischen Halbinsel bereist hat. Auch in Deutschland wurden in den vergangenen Jahren Patienten mit einer MERS-Infektion behandelt, die diese von Reisen im Nahen Osten mitgebracht hatten. (nh)

Publikation:
Journal of Virology, Mai 2015

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Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 11.05.2015

Ob in Algen, Pilzen oder im Holz – in der Natur gibt es eine Reihe von Substanzen, die zunehmend in den Blickpunkt der Forschung rücken. Diese Naturstoffe sollen etwa vor Krankheitserregern oder Krebs schützen. Das Problem: Um ihre exakte Wirkung in Studien zu untersuchen, müssten sie in größeren Mengen vorhanden sein. Abhilfe können hier Biotechnologen um Professor Christoph Wittmann von der Saar-Uni schaffen: Sie haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie den Naturstoff Deoxyviolacein in ausreichender Menge in Bakterienkulturen herstellen. Auch andere dieser Substanzen lassen sich so produzieren. Die Studie wurde von der Fachzeitschrift „Biotechnology & Bioengineering“ veröffentlicht und als bedeutend eingestuft.

Im Kampf gegen multiresistente Keime oder bösartige Tumore versagen herkömmliche Therapien und Wirkstoffe oftmals. Gefragt sind daher neuartige Substanzen wie zum Beispiel die Naturstoffe Deoxyviolacein und Violacein, die in Algen vorkommen. „Studien haben gezeigt, dass sie Tumore abtöten, aber auch Krankheitserreger in Schach halten können“, berichtet Professor Christoph Wittmann vom Institut für Systembiotechnologie an der Universität des Saarlandes. Damit Forscher aber mehr über die exakte Wirkweise erfahren, müssten die Substanzen in viel größeren Mengen vorliegen.

Wittmann und sein Team haben nun ein Verfahren entwickelt, in dem sie Deoxyviolacein in großer „Stückzahl“ produzieren. „Wir nutzen dazu Escherichia coli-Bakterien, deren Stoffwechsel wir derart verändern, dass die Mikroorganismen den Naturstoff herstellen“, sagt Wittmann. Als Grundlage dient den Wissenschaftlern dabei die Aminosäure Tryptophan, die bei den Bakterien in natürlicher Form vorkommt und den Mikroorganismen als Ausgangsstoff für die Produktion dient.

Um den Wirkstoff in größeren Mengen zu erhalten, haben die Forscher zudem dafür gesorgt, dass die kleinen Zellfabriken in idealen Bedingungen wachsen können. „Dabei haben wir beispielsweise Faktoren wie Nährstoffzufuhr, Temperatur und pH-Wert berücksichtigt und untersucht, wie die Parameter eingestellt sein müssen, damit die Mikroorganismen optimal wachsen“, so der Professor.

Haben die Bakterien die Substanz produziert, können die Forscher „ihre Ernte einfahren“: In einem biotechnologischen Verfahren trennt das Team um Wittmann den Naturstoff von anderen Zellbestandteilen ab. „Mit der Methode erhalten wir bei einem Liter Bakterienlösung ein Gramm hochreines Deoxyviolacein, das in Form von Kristallen vorliegt“, berichtet Wittmann. Nur durch die Kombination des veränderten Stoffwechsels und der Verbesserung der Wachstumsbedingungen sei diese große Ausbeute möglich, sagt der Biotechnologe weiter.

Die Naturstoffe stehen so in ausreichender Menge für umfangreiche Studien zur Verfügung. Auch Violacein und weitere Naturstoffe können mit dem biotechnologische Verfahren hergestellt werden, wie der Saarbrücker Professor erläutert: „Tryptophan ist Ausgangstoff vieler Substanzen, die sich so relativ einfach produzieren lassen.“ Darüber hinaus ist es denkbar, die Methode in größerem Maßstab industriell einzusetzen, falls sich eine therapeutische Wirkung eines Naturstoffes in medizinischen Studien belegen lässt.

Die renommierte Fachzeitschrift „Biotechnology & Bioengineering“ hat die Arbeit der Saarbrücker Forscher als besonders innovativ und relevant eingestuft. Die Studie wurde veröffentlicht: „Systems metabolic engineering of Escherichia coli for gram scale production of the antitumor drug deoxyviolacein”. (DOI: 10.1002/bit.25297)

Externer Link: www.uni-saarland.de