Molekulare Mechanismen und genetische Hintergründe der Biofilm-Bildung von Staphylococcus aureus

Der Mukoviszidose e.V. fördert viele unterschiedliche Forschungsprojekte zur Mukoviszidose. Hier stellen wir Ihnen das Projekt von Dipl. Ing. Christine Rumpf vor, die aktuell zum Verständnis der molekularen Mechanismen und genetischen Hintergründe der Biofilm-Bildung von Staphylococcus aureus forscht. Ziel ihrer Arbeit ist es, neue Therapieoptionen sowie wirkungsvollere Medikamente für die chronische Infektion mit dem Bakterium bei CF-Betroffenen zu erschließen. Wir fördern das Projekt im Rahmen seiner Forschungsförderung mit 112.275 Euro.

Frau Rumpf, welche Frage(n) soll Ihr Projekt beantworten?

In Atemwegsproben von Menschen mit Mukoviszidose wird der Erreger Staphylococcus aureus (S. aureus) oft schon sehr früh nachgewiesen und kann dort über lange Zeit verbleiben. Die besonderen Bedingungen in den Atemwegen (z. B. Salz- und Nährstoffgehalt, Verfügbarkeit von Sauerstoff), das Immunsystem und antibakterielle Therapie stellen dabei eine Herausforderung für die Bakterien dar. Um in dieser feindlichen Umgebung überleben zu können, entwickelt S. aureus besondere Mechanismen, um sich anzupassen – einer davon ist die Bildung von Biofilm. (Als Biofilm bezeichnet man Schleimschichten, die von Mikroorganismen gebildet werden, die selbst in diese Schleimschicht eingebettet sind.). Die übermäßige Ausbildung von Biofilm, die wir bei den mukoiden S. aureus-Isolaten beobachtet haben, kann den Bakterien dabei Schutz vor der Immunantwort und Antibiotika bieten. Mit unserem Projekt möchten wir beantworten, welche molekularen und genetischen Veränderungen in den mukoiden S. aureus-Isolaten für die Biofilm-Bildung verantwortlich sind, welche Faktoren diese Veränderungen auslösen oder begünstigen und was für Konsequenzen diese Veränderungen mit sich bringen.

Warum sind diese Fragen wichtig?

Die Therapie mit CFTR-Modulatoren hat sich bei vielen Menschen mit Mukoviszidose als hilfreich erwiesen, um die Lungenerkrankung zu verbessern. Inwiefern sich die Modulatortherapie auch positiv auf bakterielle Infektionen bei CF-Patienten auswirkt, ist derzeit aber noch nicht geklärt. Daher ist es wichtig, neue Therapieoptionen sowie wirkungsvolle Medikamente für die chronische S. aureus-Infektion zu entwickeln.

Welchen Nutzen erwarten Sie für CF-Patienten?

Die Aufklärung der molekularen Grundlagen und Vorgänge zeigt Angriffspunkte auf, die es ermöglichen könnten, neue und wirkungsvollere Therapieformen zu entwickeln.

Welche Experimente führen Sie zur Beantwortung Ihrer Fragen durch?

Wir untersuchen mukoide und nicht-mukoide S. aureus-Isolate, die wir aus Atemwegsproben von Menschen mit Mukoviszidose isoliert haben, hinsichtlich ihrer mukoiden und Biofilm-bildenden Eigenschaften. Einflussfaktoren zur Ausbildung eines solchen Anpassungsmechanismus werden in Langzeitkultivierung unter CF-relevanten Bedingungen getestet. Mit Hilfe von Sequenzierungsmethoden sollen molekulare Hintergründe aufgedeckt werden. Die Auswirkung von mukoiden S. aureus-Isolaten auf Lungenepithelzellen wird in Zellkulturversuchen charakterisiert. Es ist auch geplant, Untersuchungen an Gewebeproben („precision cut lung slices“) durchzuführen, um der in vivo-Situation noch näher zu kommen. Hierbei handelt es sich um dünne Schnitte von humanem Lungengewebe, an denen die Interaktion von Wirt und Bakterien untersucht wird, d. h. es wird an den Gewebeschnitten geschaut, wie das Immunsystem nach Kontakt mit Bakterien reagiert, indem bestimmte Zellen und Signalstoffe angefärbt werden.

Warum haben Sie sich beim Mukoviszidose e.V. um eine Projektförderung beworben?

Da unsere Arbeitsgruppe seit Jahrzehnten in der Mukoviszidose-Forschung tätig ist und mein Forschungsprojekt direkt die von Menschen mit Mukoviszidose isolierten S. aureus-Isolate untersucht, haben wir den Kontakt zum Mukoviszidose e. V. für eine Förderung gesucht. Auch hoffe ich, durch diese Förderung einen festen Platz in der Mukoviszidose-Forschung zu erhalten. Besonders interessiert mich auch dabei, dass es nicht nur um die Wissenschaft an sich geht, sondern um die Menschen, deren Leben durch diese Arbeit verbessert werden kann.