Informationen zu geförderten Projekten

Projektleiter: Dr. rer. nat. Volker Winstel, Institut für Medizinische Mikrobiologie und Epidemiologie, Medizinische Hochschule Hannover

Beteiligte Wissenschaftler: Prof. Dr. Guntram Graßl, Institut für Medizinische Mikrobiologie und Epidemiologie, Medizinische Hochschule Hannover; Dr. Antje Munder, Klinik für Pädiatrische Pneumologie, Medizinische Hochschule Hannover

Laufzeit: 36 Monate; 1.10.23 bis 30.9.26

Fördervolumen: 184.065 €

Hintergrund

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist einer der meist isolierten Erreger aus den Atemwegen von CF-Patienten und tritt besonders in jungen Jahren auf. S. aureus kann ohne Symptome in der Nase vorkommen (Kolonisation) aber auch schwere Lungenentzündungen verursachen und über lange Zeit in den Atemwegen der Patienten überleben. Es wird auch diskutiert, ob der Keim ein Wegbereiter für andere Erreger ist, z.B. Pseudomonas aeruginosa.

S. aureus bildet Biofilme und kann sich zu einer mukoiden Form entwickeln (s. Projektantrag Rumpf). Der Keim kann aber auch verschiedene Varianten bilden, die schwieriger zu therapieren sind als die normale S. aureus-Variante. Eine davon ist die weithin bekannte Methicillin-resistente Form (MRSA), sowie die kleine Kolonien bildende SCV (Small Colony Variant), die sich entsprechend in der Wuchsform als auch biochemisch von der normalen S. aureus-Variante unterscheiden können. Diese SCV können auch im Inneren von Zellen (z.B. Lungenepithelzellen) überleben und sich so dem Immunsystem und der medikamentösen Therapie entziehen. Sie entgehen oft auch der mikrobiologischen Diagnostik, weil sie nicht auf den S. aureus-typischen Anzuchtmedien wachsen oder nicht in der S. aureus-typischen Form. Dadurch können sie leicht übersehen werden, wenn nicht gezielt danach gesucht wird.

Bei Menschen mit CF werden häufig Antibiotika-Therapien verwendet. Insbesondere die Therapie mit Folsäure-Antagonisten fördert die Entstehung von sogenannten Thymidinabhängigen SCVs (TD-SCVs). Diese Variante ist besonders schwierig zu behandeln und es wäre gut, neue Behandlungsansätze zu entwickeln – z.B. indem essentielle Wachstumsfaktoren dieser Varianten identifiziert werden. Solche Wachstumsfaktoren könnten dann durch neuartige Therapeutika inhibiert werden, um die Replikation der TDSCVs während der Infektion bei Menschen mit CF effektiv zu verhindern.

Die Arbeitsgruppe stellt aufgrund von Vorarbeiten die Hypothese auf, dass TD-SCVs tatsächlich mehrere solcher essentieller Wachstumsfaktoren unter CF-imitierenden Bedingungen verwenden, um das Wachstum und intrazelluläre Überleben sicherzustellen. Wenn einer oder mehrere dieser Determinanten z.B. durch ein Medikament inhibiert werden könnte, würden die Bakterien rapide absterben.

In Vorarbeiten wurde durch die Arbeitsgruppe in einer internationalen Wirkstoff-Datenbank mit zugelassenen Medikamenten bereits nach Hemmstoffen dieser Faktoren gesucht und möglicherweise auch schon neue Therapie-Optionen zur Behandlung der TD-SCVs gefunden. Die identifizierten Medikamente sind keine Antibiotika und würden daher einen neuartigen Therapieansatz darstellen.

Ziele

Ziel des Projekts ist es daher, die beteiligten S. aureus Determinanten als essentielle Faktoren für das Überleben von TD-SCVs in der CF-Lunge zu bestätigen und darauf aufbauend einen therapeutischen Ansatz zu finden. Außerdem sollen verschiedene TD-SCVVarianten von CF-Patienten genetisch und biochemisch untersucht werden, um weitere Faktoren zu identifizieren, die vielleicht sogar eine Vorhersage des klinischen Infektionsverlaufs bei CF-Patienten ermöglichen.

Methodik

Die Faktoren sollen zunächst in dreidimensionalen Zellkulturen (Organoide) und dann im Tierversuch an Mäusen untersucht werden, um die Hypothese zu bestätigen, dass die beteiligten Determinanten für das Überleben der S. aureus-Variante TD-SCV essentiell sind. Danach soll untersucht werden, ob die in Vorarbeiten identifizierten Medikamente in Zellkultur und im Mausmodell eine Infektion mit TD-SCV wirksam bekämpfen können und sich damit als TD-SCV Hemmstoffe bestätigen lassen.

Ausblick

Wenn sich bestätigt, dass die identifizierten S. aureus Faktoren eine essentielle Rolle bei der Vermehrung der TD-SCVs spielen und die Verträglichkeit und Wirksamkeit der Hemmstoffe in Zellkultur und Tierversuch nachgewiesen werden kann, schafft das Projekt die Grundlage für eine weiterführende klinische Forschung. Da die anvisierten Hemmstoffe bereits als Medikamente für andere Erkrankungen zugelassen sind, könnten sie als wirksame Antiinfektiva zeitnah zur Verfügung stehen.

Projektleiter: Simone Ahting, Institut für Humangenetik, Universitätsklinikum Leipzig

Mentor: PD Dr. Julia Hentschel, Institut für Humangenetik, Universitätsklinikum Leipzig

Laufzeit: 18 Monate; 01. November 2023 – 30. April 2025

Fördervolumen: 27.305 €

Hintergrund

Die CFTR-Modulatortherapie kann mittlerweile bei etwa 95% der Menschen mit CF angewendet werden. Die Therapien sind in den meisten Fällen wirkungsvoll, verbessern die Lungenfunktion oder verlangsamen deren Abfall und haben positive Wirkung auf die Verdauung und viele andere Körperfunktionen. Es wurden erste Berechnungen publiziert, die für Menschen mit Modulatortherapie eine deutlich längere Lebenserwartung
prognostizieren. (Lopez, et al. JCF 2023).

Die Art der Modulatortherapie, die gegeben werden kann, richtet sich nach den genetischen CFTR-Varianten, da die Wirkstoffe an unterschiedlichen Defekten des Chloridkanals ansetzen. Um die Modulatortherapie anwenden zu können, müssen daher die Genvarianten des Patienten bekannt sein. Im Rahmen des Neugeborenen-Screenings wird bei positivem Test auch ein Gentest angeschlossen, bei älteren CF-Patienten wurde die genetische Untersuchung i.d.R. nachgeholt. Der Gentest umfasst allerdings zunächst nur die häufigsten Varianten, während seltene Varianten nicht erfasst werden können. Bei unklarem Befund kann anschließend das gesamte Gen sequenziert werden, um auch seltenere Veränderungen sichtbar zu machen. Dies wird allerdings nicht immer konsequent umgesetzt. In Deutschland sind nach Auswertung des Deutschen Mukoviszidose Registers 5% der CF-Patienten, deren Symptome CF-typisch sind, genetisch nicht diagnostiziert oder haben keine eindeutige, genetisch bestätigte CF-Diagnose erhalten. Sie können daher auch nicht mit den neuen CFTR-Modulatortherapien behandelt werden.

Die Arbeitsgruppe hat in Vorarbeiten bei Betroffenen ohne genetisch eindeutigen Befund nach Gentest Gensequenzierungen durchgeführt (Next Generation Sequencing, NGS), was in rund 70% der Fälle zur Identifikation von zwei CFTR-Varianten und zur Stellung der Diagnose CF geführt hat. Durch diese Arbeiten wurde aber auch festgestellt, dass bei manchen Patienten Varianten vorkommen, die bisher nicht im Zusammenhang mit CF bzw. dem CFTRGen analysiert wurden. Diese Varianten liegen in Genabschnitten, die bisher für die normale Ablesung des Gens und die Funktion des Chloridkanals als nicht relevant eingestuft wurden, sog. nicht-codierende Sequenzen (Introns). Diese werden aktuell in der regulären Gensequenzierung nicht untersucht und können daher nicht gefunden werden. Es besteht aber die Möglichkeit, dass bestimmte Intron-Varianten auch die codierenden Sequenzen (Exons) des CFTR-Gens beeinflussen und z.B. durch Verschiebung des Leserasters CF-Varianten verursachen können. Die Auswirkung der Intron-Varianten kann nur interpretiert werden, wenn untersucht wird, welches Genprodukt aus der DNA entsteht, wenn eine Intron-Variante vorliegt. Das erste Genprodukt der DNA ist die Boten-RNA (mRNA), die ebenfalls sequenziert werden kann.

Ziele

In dem Projekt sollen durch Sequenzierung der CFTR-mRNA (sog. Transkriptom-Sequenzierung oder Transkriptionsanalyse) bisher gefundene Intron-Varianten charakterisiert, und auf ihre Relevanz für die CF-Diagnose hin analysiert werden. Außerdem soll nach weiteren Intron-Varianten bei Menschen mit unklarer CF-ähnlicher Diagnose gescreent werden. Die Ergebnisse sollen dann international verfügbar gemacht werden.

Methodik

1. Transkriptom-Sequenzierung

Es soll das Transkriptom von mind. 20 Patienten mit einer unklaren Diagnose und Verdacht auf CF sequenziert werden. Dazu werden den Patienten Epithelzellen aus der Nase entnommen (nasale Bürstenproben). Die Sequenzierung erfolgt zusätzlich zu Kontrollproben von nicht betroffenen Probanden und von Patienten, bei denen bereits Intron-Varianten gefunden wurden.

2. Datenbanken ClinVar und ClinGen

Die Ergebnisse sollen in der internationalen Datenbank für Gen-Varianten (ClinVar) und der angeschlossenen Datenbank ClinGen, die die klinische Relevanz von Gen-Varianten erfasst, veröffentlicht werden. Das Ziel ist, ein „Expert Panel“ ClinVar CFTR aufzubauen, damit alle molekulargenetischen Labore weltweit die Information über die Varianten nutzen können. Die Bewerbung für dieses Panel wird bereits von der Arbeitsgruppe vorbereitet.

Ausblick

Durch die Arbeit werden weitere CF-auslösende Varianten erkannt und international nutzbar sein. Dadurch können auch für diese Patienten Modulatortherapien anwendbar werden.

Projektleiter: Dr. med. Simon Gräber, Charité Universitätsmedizin, Abteilung für pädiatrische Beatmungsmedizin, Immunologie und Intensivmedizin, Berlin, Dr. rer. nat. Saskia Trump, Berlin Institute of Health at Charité Universitätsmedizin, Molekulare Epidemiologie, Berlin

Beteiligte Wissenschaftler: Prof. Dr. Marcus Mall, Charité Universitätsmedizin, Abteilung für pädiatrische Beatmungsmedizin, Immunologie und Intensivmedizin, Berlin, Prof. Dr. Irina Lehmann, Berlin Institute of Health at Charité Universitätsmedizin, Molekulare Epidemiologie, Berlin, Prof. Dr. Roland Eils, Berlin Institute of Health at Charité Universitätsmedizin, BIH-Zentrum Digitale Gesundheit, Berlin

Laufzeit: 24 Monate; 01. Dezember 2022 – 30. November 2024 

Fördervolumen: 188.000 €

Hintergrund

Die neue CFTR-Modulatortherapie mit Elexacaftor/Tezacaftor/Ivacaftor (ETI, Kaftrio) zeigt bei den meisten Betroffenen eine überzeugende Wirksamkeit, sowohl im klinischen Bild als auch in der Veränderung der Schweißchlorid-Werte. Es gibt allerdings sehr heterogenes Therapieansprechen: Obwohl Personen die gleichen CFTR-Mutationen tragen (z.B. F508del) zeigen sich unterschiedlich starke Effekt der Therapie. Die Ursache dafür wird auf zellulärer Eben vermutet, es ist jedoch noch unklar, was genau die Therapien auf zellulärer Ebene beim Einzelnen bewirken. Grundsätzlich führen CFTR-Modulatoren in der Zelle zu einer teilweisen Wiederherstellung der Funktion des CFTR-Kanals. 
Bei CF ist bekannt, dass die CFTR-Kanäle in den Atemwegszellen in ihrer Funktion eingeschränkt sind, wodurch die CF-typische Symptomatik mit festsitzendem Schleim entsteht. In den Atemwegen befinden sich verschiedene Zelltypen, jedoch nicht alle bilden gleichermaßen den CFTR-Kanal. Auch befinden sich dort Immunzellen, wie Monozyten und Neutrophile, von denen bei CF bekannt ist, dass sie in ihrer Funktion eingeschränkt bzw. verändert sein können, so dass Keime nicht effektiv bekämpft werden und Entzündungen entstehen können. Erste Erkenntnisse über die CFTR-Modulatortherapie zeigen, dass auch die Immunzellen durch die Therapie verändert werden könnten. Was genau auf zellulärer Ebene passiert und wie die verschiedenen Zellen auf Modulatoren ansprechen, ist bislang nicht gut untersucht. 

Ziele

In dem Projekt sollen die Auswirkungen von Elexacaftor/Tezacaftor/Ivacaftor auf die Schleimhaut- und Immunzellen der Atemwege bei Menschen mit Mukoviszidose untersucht werden. Dabei wird eine Technik angewendet, die es ermöglicht, die Aktivität aller Gene, das Transkriptom, für jede Zelle individuell zu bestimmen. 

Die Untersuchungen der einzelnen Zellen soll Aufschluss darüber geben, wie die Modulatoren in den verschiedenen Zellen wirken und ob mit dieser Methode Muster identifiziert werden können, die mit einem starken oder schwachen Ansprechen auf die Elexacaftor/Tezacaftor/Ivacaftor-Therapie assoziiert sind. 

Methodik

Um auf zellulärer Ebene zu verstehen, welche molekularen Vorgänge stattfinden, muss untersucht werden, welche Gene aktiv sind (Genexpression). Die Summe aller Gene, die abgelesen und in mRNA umgeschrieben (transkribiert) wird, wird unter Forschern als „Transkriptom“ bezeichnet. Aus dem Transkriptom können die Forscher ablesen, welche Gene von der Zelle tatsächlich verwendet werden und welche Genprodukte (z.B. CFTR-Kanäle, Zytokine) daraus entstehen sollen. Es gibt Auskunft über die Aktivität der Gene, allerdings nicht darüber, welche Proteine schlussendlich auch gebildet werden. 
Eine Aussage über das Transkriptom einzelner Zellen oder Zelltypen ist noch gar nicht so lange möglich: Erst durch die Methode von RNA-Einzelzell-Sequenzierung (scRNA-seq) kann aus einzelnen Zellen die jeweilige Genaktivität „abgelesen“ werden. 
Um die Projektziele zu erreichen, wird das Transkriptom individuell pro Zelle, von Schleimhaut- und Immunzellen der oberen Atemwege von Menschen mit Mukoviszidose vor Therapie und drei Monate nach Beginn der Elexacaftor/Tezacaftor/Ivacaftor-Therapie untersucht. 

Weiterhin soll der Unterschied im Transkriptom der Schleimhaut- und Immunzellen der Atemwege bei Personen mit starkem oder schwachem Ansprechen auf die Therapie mit Elexacaftor/Tezacaftor/Ivacaftor analysiert werden. 

Ausblick

Die Ergebnisse dieser Studie können neue Erkenntnisse über die molekularen Auswirkungen der pharmakologischen Wiederherstellung der CFTR-Funktion auf die oberen Atemwege liefern. Die Identifizierung von Mustern, die zu einem schwachen oder starken Therapieansprechen führen, sollen zu einem besseren Verständnis der zu Grunde liegenden Mechanismen eines schlechteren Ansprechens auf CFTR-Modulatoren führen. Diese Erkenntnisse können dazu beitragen, den klinischen Nutzen einer CFTR-Modulatortherapie grundsätzlich zu verbessern. Gelingt es, Biomarker für ein patientenindividuelles klinisches Ansprechen zu finden und darüber auch neue therapeutische Ziele zu identifizieren, könnte die personalisierte Medizin für Menschen mit Mukoviszidose vorangebracht werden.

Projektleiter: Dr. rer. nat Suki Albers, Fachbereich Chemie, Institut für Biochemie und Molekularbiologie, Universität Hamburg

Beteiligte Wissenschaftler: Prof. Dr. rer. nat. Zoya Ignatova, Fachbereich Chemie, Institut für Biochemie und Molekularbiologie, Universität Hamburg, Prof. Dr. med. Manfred Ballmann, Mukoviszidose-Zentrum Mecklenburg-Vorpommern, Uniklinik Rostock, Prof. Eric J. Sorscher und Dr. Kathryn Oliver, beide Emory University School of Medicine, Atlanta, USA

Laufzeit: 24 Monate; 15. Juli 2021 – 14. Juli 2023, kostenneutral verlängert bis 1. Januar 2024 

Fördervolumen: 125.320 €

Hintergrund

Die neuen CFTR-Modulatoren können bei etwa 90% der CF-Betroffenen, bei denen die entsprechenden Mutationen vorliegen, therapeutisch erfolgreich eingesetzt werden. Patienten mit Nonsense-Mutation profitieren bisher nicht von den Modulatoren. Etwa 10% der CF-Patienten weltweit tragen eine Nonsense-Mutation in mindestens einem CFTR-Gen. Bei diesen Patienten entsteht durch die Mutation bei der Proteinherstellung ein vorzeitiges Stopp-Signal und es kommt zum Abbruch der Proteinherstellung. Nonsense-Mutationen werden daher auch als Stopp-Mutationen bezeichnet. 
Die Arbeitsgruppe von Prof. Ignatova hat Vorarbeiten in einer früheren Förderung durch den Mukoviszidose e.V. erarbeitet (siehe Projekt 1603). An diesen Ergebnissen knüpft Frau Albers nun mit dem Projekt an.

Ziele

Das Ziel des Projektes ist, einen Therapieansatz zu entwickeln, der bei CFTR-Nonsense-Mutationen eingesetzt werden kann. Um den vorzeitigen Stopp der Proteinbildung bei einer CFTR-Nonsense-Mutation zu verhindern, möchte die Arbeitsgruppe spezielle RNAs entwickeln, die an das Stopp-Codon binden und ein Durchlesen (Read Through) der mRNA ermöglichen. Diese RNAs sollen so designt werden, dass eine spezifische Bindung an das Stopp-Codon der CFTR-mRNA erreicht werden kann. Dadurch soll ein unspezifisches Durchlesen anderer Stopp-Codons und damit Nebenwirkungen einer späteren Anwendung beim Menschen verhindert werden. Die Anwendung des Ansatzes mittels RNA ist nicht auf eine einzelne Nonsense-Mutationen beschränkt, sondern kann durch Anpassung der RNA Moleküle auch für andere entwickelt werden. 
Durch das Überlesen von Stopp-Signalen mithilfe von spezifischen RNAs soll es gelingen, mehr vollständige CFTR-Kanäle in der Zelle zu produzieren und damit eine Therapie für Patienten mit CFTR-Nonsense-Mutationen zu entwickeln.  

Methodik

Die Entwicklung der RNAs erfolgt zunächst für die in Deutschland häufigsten Nonsense-Mutationen R553X, G542X und W1282X. Geeignete RNAs sind aus Vorarbeiten bereits vorhanden und sollen nun im nächsten Schritt so angepasst werden, dass eine spezifische Erkennung des CFTR Stopp-Codons ermöglicht wird. Anschließend sollen sie in CF-Patientenzellen, die aus der Nase entnommen wurden, in Zellkultur weiter untersucht werden. Durch die Kooperation mit vier CF-Zentren in Deutschland sind 31 CF-Patienten mit Nonsense-Mutationen bekannt, die bereits an vorhergehenden Untersuchungen der Arbeitsgruppe teilgenommen haben. Die Zellen werden durch Nasenabstriche entnommen und in Zellkultur untersucht. Das Vorhaben wurde durch die Ethikkommission geprüft und zugelassen. 

Ausblick

Die speziell designten RNAs können als neuer Therapieansatz für CF-Patienten mit Nonsense-Mutationen weiterentwickelt werden. Die Arbeitsgruppe um Frau Dr. Suki Albers hat für das Projekt Kontakte zu Prof. Eric J. Sorscher und Dr. Kathryn Oliver aufgebaut, die sie bei der Testung der RNA-Designs beraten und durch ihre Expertise in dem Projekt unterstützen. 

Projektleiter: Prof. Dr. Michael Schlierf, Technische Universität Dresden 

Beteiligte Wissenschaftler: Dr. Georg Krainer, Universität Cambridge, UK

Laufzeit: 36 Monate; 01. September 2020 – 31. August 2023, kostenneutral verlängert bis 29. Februar 2024

Fördervolumen: 163.800 €

Ziele

Ziel des Projekts ist es, eine automatisierte Screening-Plattform zur Suche nach geeigneten CFTR-Modulatoren aufzubauen. Das System soll vor allem auf die Suche nach Modulatoren zur Behandlung seltener Mutationen ausgerichtet werden. Der dabei verfolgte Ansatz ist bislang neu, da hier der Wirkmechanismus (Bindung des Modulators und Wirkung auf CFTR) bei der Suche im Vordergrund steht und nicht die Funktion. In die Untersuchungen sollen auch bereits verfügbare Modulatoren eingeschlossen werden, da man von den meisten noch nicht genau weiß, wie diese mechanistisch wirken und ob bzw. wo sie am CFTR Protein binden. Für die Entwicklung des Screening-Modells soll eine Art Bibliothek aus CFTR-Teilstrukturen aufgebaut werden, die verschiedenen, ausgewählten Mutationen entsprechen. Diese Strukturen sollen vor allem aus seltenen CFTR-Mutationen stammen und insbesondere Strukturen abbilden, die innerhalb der Zellmembran liegen. Mit Hilfe des automatisierten Screening-Modells sollen systematisch Wirkstoffe untersucht werden, vor allem solche, die schon für andere CFTR-Mutationen zugelassen oder noch in der Entwicklung sind, denn es ist denkbar, dass darunter Substanzen sind, die als CFTR-Modulator für seltene CFTR-Mutationen wirksam sein könnten.

Methodik

Die Arbeitsgruppe hat bereits ein Testverfahren entwickelt, dass auf einer spezialisierten Mikroskopiertechnik beruht [1,2]. Dieses Verfahren soll automatisiert werden, um eine große Anzahl von Versuchen durchführen zu können. Die Bibliothek der CFTR-Teilstrukturen wird gentechnisch hergestellt. Für die Untersuchung der Wirkung von neuen und bekannten Substanzen auf die veränderten Teilstrukturen wird zusätzlich ein automatisiertes Auswertungsverfahren entwickelt, welches ermöglicht, eine Vielzahl an Substanzen (Strukturen und Wirkstoffe sowie Wirkstoffkombinationen) in kurzer Zeit zu testen.

Ausblick

In diesem Projekt sollen die Einflüsse von zahlreichen seltenen CFTR-Mutationen auf die Proteinstruktur aufgeklärt werden und Wechselwirkungen zwischen Wirkstoffen und den verwendeten Proteinen aufgedeckt werden. Durch die Entwicklung der Methode wird es zukünftig möglich sein, schnell und systematisch nach Wirkstoffen zur Behandlung seltener Mutationen in verfügbaren Medikamentendatenbanken zu suchen. Diese Methode wird auch helfen, Mutationen hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die CFTR-Struktur zu verstehen und das Wissen für die gezielte Wirkstoffentwicklung (z.B. Drug-Design aufgrund von Strukturinformationen) einzusetzen [3]. 

[1] Krainer G., Treff A., Hartmann A., Stone T.A., Schenkel M., Keller S., Deber C.M., Schlierf M. A minimal helical-hairpin motif provides molecular-level insights into misfolding and pharmacological rescue of CFTR. Commun. Biol. 2018, 1, 154.
[2] Krainer G., Schenkel M., Hartmann A., Ravamehr-Lake D., Deber C.M., Schlierf M. CFTR transmembrane segments are impaired in their conformational adaptability by a pathogenic loop mutation and dynamically stabilized by Lumacaftor. J. Biol. Chem. 2020, 295, 1985–1991.
[3] Bose SJ., Krainer G., Ng DRS., Schenkel M., Shishido H., Yoon JS., Haggie PM., Schlierf M., Sheppard DN., Skach WR. Towards next generation therapies for cystic fibrosis: Folding, function and pharmacology of CFTR. J. Cyst. Fibr. 2020, 19, S25-S32
 

Projektleiter: Prof. Dr. Florian Maurer (Bostel)

Beteiligte Wissenschaftler: Prof. Dr. Stefan Niemann, Forschungszentrum Borstel, PD Dr. med. Felix Ringshausen, Med. Hochschule Hannover (MHH), PD Dr. med. Anna-Maria Dittrich, Med. Hochschule Hannover (MHH), Dr. med. Ludwig Sedlacek, Institut für Med. Mikrobiologie der MHH, Hannover, Dr. med. Harald Hoffmann, Institut für Med. Mikrobiologie und Labormedizin, Gauting

Laufzeit: 36+6 Monate, 01. Oktober 2020 bis 31. März 2024

Fördervolumen:  287.100 €

Ziele

Das Projekt CronoClone verfolgt das Ziel, nicht-tuberkulöse Mykobakterien (NTM), die aus unterschiedlichen Erkrankungsstadien von verschiedenen CF-Patienten stammen, mittels Genomanalyse zu vergleichen und hinsichtlich ihrer Resistenz- und Virulenzfaktoren (Faktoren, die zu einer klinischen Verschlechterung führen) zu charakterisieren. Für die Auswertung sollen auch die klinischen Verläufe (z.B. die Lungenfunktion) der Patienten und deren Bezug zu den NTM Bakterienisolaten aus unterschiedlichen Erkrankungsstadien betrachtet werden. Dies erlaubt es, Rückschlüsse auf die klinische Relevanz der Erregernachweise und die Entstehung von Antibiotikaresistenzen im zeitlichen Verlauf zu ziehen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen helfen, den Verlauf von Lungenerkrankungen durch NTM bei CF-Patienten besser einschätzen zu können und personalisierte Therapieentscheidungen daran zu auszurichten. 

Methodik

An der Medizinischen Hochschule Hannover gibt es bereits eine umfangreiche Sammlung von NTM-Isolaten von CF-Patienten mit detaillierten Informationen zu den Erkrankungsverläufen zum Zeitpunkt der Probennahme. Am Nationalen Referenzzentrum für Mykobakterien (Forschungszentrum Borstel) werden die Erregergenome aus 400 dieser Bakterienisolate mittels neuesten Untersuchungstechniken („next generation sequencing“) erstellt. Für 200 Bakterienisolate sollen zudem in zwei Mykobakterien-Referenzlaboren (Borstel und Gauting) Empfindlichkeitsprüfungen gegen eine Vielzahl von Antibiotika durchgeführt werden, um die Reproduzierbarkeit der Testung zu untersuchen und Möglichkeiten zur Verbesserung solcher Resistenztestungen zu identifizieren. Für ausgewählte Patienten sollen diese Resistenzdaten mit Informationen zum Behandlungsregime und Erkrankungsverläufen kombiniert werden, um den Stellenwert von genetischen Veränderungen in den Erregern für den klinischen Erkrankungsverlauf zu charakterisieren. 

Ausblick

Das CronoClone Projekt verbindet reale klinische Behandlungssituationen mit aktueller wissenschaftlicher Forschung und leitet aus den gewonnenen Erkenntnissen unmittelbare Konsequenzen für die Versorgung von betroffenen CF-Patienten in Deutschland und darüber hinaus ab. Die Behandlung von CF-Patienten mit NTM-Infektionen soll zukünftig besser planbar sein, sowohl hinsichtlich des zu erwartenden klinischen Verlaufs als auch der wirksamsten Therapie. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen über frei zugängliche Publikationen der breiten Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden und stellen somit einen dauerhaften Gewinn für die Erforschung dieser komplexen, schwierig zu behandelnden Infektionen dar. 

Projektleiter: Dr. Carsten Schwarz, Klinikum Westbrandenburg Potsdam

Beteiligte Wissenschaftler: Prof. Dr. rer. nat. Alexander Scheffold, Universitätsklinikum Schleswig Holstein, Campus Kiel

Laufzeit: 28 Monate; 01. September 2020 – 31. Dezember 2022. 

Beantragte Kosten: 109.000 €

Ziele

Die Lungenerkrankung der Mukoviszidose ist nicht nur durch bakterielle Infektionen geprägt, auch wenn diese meist im Vordergrund stehen. Die Lunge kann auch mit Pilzen besiedelt sein, deren Krankheitswert aber nicht immer klar ist. Der Fadenpilz Aspergillus fumigatus kommt bei ca. 25% der CF-Patienten vor und kann neben Lungenentzündungen auch Komplikationen wie die allergische bronchopulmonale Aspergillose (ABPA) verursachen. Aber nicht jede Besiedelung mit A. fumigatus bedeutet, dass der Patient auch eine ABPA hat, d. h. es stellt sich in der klinischen Praxis oft die Frage für den behandelnden Arzt, wann eine ABPA vorliegt. Die ABPA tritt bei bis zu 15 % der Patienten mit CF, aber zum Beispiel auch bei Patienten mit Asthma, auf. Insbesondere wenn eine ABPA spät diagnostiziert wird, können auch dauerhafte, irreversible Lungenschäden entstehen, die zum rascheren Fortschreiten der Lungenerkrankung führen. 

Die Therapie der ABPA besteht zum einen aus antientzündlich wirksamen Corticosteroiden und zum anderen aus Substanzen, die gegen Aspergillus wirksam sind (Antimykotika). Um eine Behandlung vor dem Entstehen irreversibler Veränderungen einzuleiten, ist eine möglichst frühe Diagnosestellung essentiell. In frühen Krankheitsstadien sind die Symptome der ABPA jedoch noch unspezifisch (Verengung und vermehrte Schleimverlegung der Atemwege, Atemnot) und ähnlich denen, die durch bakterielle Krankheitserreger ausgelöst werden. Deshalb wird die ABPA noch häufig zu spät oder gar nicht diagnostiziert. Die Diagnosestellung der ABPA erfolgt anhand klinischer, radiologischer und laborchemischer Kriterien (entsprechend der 2003 von der CFF veröffentlichten internationalen Standards zur ABPA Diagnostik bei CF). Ausschlaggebend ist dabei eine starke Erhöhung allergietypischer und allergenspezifischer Antikörper (IgE). Antikörper sind aber nach Antigen- oder Allergenkontakt für längere Zeit nachweisbar und spiegeln daher oft nicht die aktuelle immunologische Situation wider. Mit der kürzlich etablierten Methode der antigenreaktiven T-Zell-Anreicherung (ARTE) können pilzspezifische Immunreaktionen zeitgerechter charakterisiert werden und die ABPA Diagnostik bei CF möglicherweise verbessern. A. fumigatus löst in der Regel eine relativ geringe T-Zell Antwort aus, die bislang nicht detektierbar war – mit der ARTE Technologie werden die T-Zellen nun angereichert und sind nachweisbar – als spezifische Th1, Th2 und Th17-Zellen. In einer Anfang 2019 publizierten Pilotstudie  konnte die Arbeitsgruppe um Prof. Scheffold/Dr. Schwarz mit der ARTE-Technologie zeigen, dass A. fumigatus bei einer akuten und auch wiederkehrenden  ABPA spezifische Th-17 Zellen anreichert. Unter einer ABPA-Therapie verringerte sich diese Th-17 Immunantwort in dieser Untersuchung. Die Daten dieser Pilotstudie deuten damit darauf hin, die ARTE-Technologie für eine bessere ABPA-Diagnostik und Therapiekontrolle nutzen zu können. Die Th-17 spezifische Immunantwort bei ABPA soll demnach in dem beantragten Projekt jetzt an einer größeren Patientenkohorte mit CF und ABPA mithilfe der ARTE-Technologie überprüft werden. Dabei sollen Grenzwerte ermittelt werden, um festlegen zu können, wann eine akute ABPA vorliegt. Dazu werden Patienten mit akuter pulmonaler Verschlechterung (Exazerbation) und ABPA mit einer Kontrollgruppe von Patienten mit Exazerbation ohne ABPA, deren Immunsystem aber bereits mit A. fumigatus in Kontakt gekommen ist (sensibilisiert hinsichtlich A. fumigatus), verglichen. Außerdem soll bei Patienten mit ABPA die Aspergillus fumigatus-spezifische Immunantwort in Form von IL-17A (ausgeschüttet von Th17-Zellen) untersucht werden, von der angenommen wird, dass sie während der gezielten ABPA-Therapie absinkt. Dadurch könnte IL-17A als Marker für den Therapieerfolg verwendet werden. Da IL-17A möglicherweise bei Patienten mit erhöhtem Risiko für eine ABPA andere Werte aufweist als bei Patienten, die keine ABPA entwickeln, soll IL-17A auch als prädiktiver Faktor bei Patienten vor dem Auftreten einer ABPA gemessen werden. 

Methodik

Das Projekt wird in Form einer prospektiven, nicht-randomisierten, kontrollierten offenen Kohortenstudie über 18 Monate durchgeführt. Es werden 1.400-1.600 Patienten aus den beteiligten 11 CF-Zentren gescreent, von denen 59 CF-Patienten mit akuter ABPA (nach derzeit gültigem internationalen Standard diagnostiziert) und 59 CF-Patienten ohne ABPA eingeschlossen werden sollen. 

Die Patienten geben am Tag des Studienbeginns Blut- und Sputum-Proben ab, sowie zu dem Zeitpunkt, wenn sie eine Exazerbation durchmachen und 28 Tage danach. Außerdem werden sie klinisch untersucht und die Lungenfunktion gemessen, bei Exazerbationen werden auch bildgebende Verfahren eingesetzt. Das jeweilige CF-Zentrum entscheidet über eine notwendige Therapie, wenn eine ABPA auftritt. Sputumproben werden auf das Vorkommen von Pilzen untersucht, sowie Blutproben auf Antikörper (IgE). Weitere Blutproben werden von den CF-Zentren direkt nach Kiel verschickt und dort immunologisch, u.a. mit dem ARTE-Verfahren untersucht.  

Ausblick

Durch eine sensitivere ABPA-Diagnostik, die in dem Projekt untersucht werden soll, könnte eine ABPA früher diagnostiziert werden. Dadurch könnten irreversible Schäden an der Lunge verhindert und die Symptomlast bei den Patienten reduziert werden. Zudem könnten unnötige Antibiotikatherapien, die aufgrund der anfangs noch unspezifischen Symptome häufig begonnen werden, vermieden werden. Durch Messung von IL-17A könnte außerdem die Wirksamkeit der ABPA-Therapie überwacht und das Risiko für das Auftreten einer ABPA besser abgeschätzt werden. 

Darüber hinaus ist für die Zukunft vorstellbar, dass die ABPA mittels einer medikamentösen Blockade der Th17-Immunantwort behandelt werden könnte. Eine solche Therapie könnte im Vergleich zu Corticosteroiden eine bessere Verträglichkeit aufweisen. 

Projektleiter: Dr. Antje Munder (Hannover)

Beteiligte Wissenschaftler: PD Dr. Nico Lachmann, Medizinische Hochschule Hannover, Dr. Manuel Nietert, Universitätsklinik Göttingen, Prof.Dr. Michtell Drumm and Prof. Dr. Craig Hodges, Case Western Reserve University, Cleveland (Ohio)

Laufzeit: 36 Monate, 01. Oktober 2019 – 30. September 2022, kostenneutral verlängert bis zum 31. Dezember 2023

Beantragte Kosten: 199.570 €

Ziele

Die Lungenerkrankung der Mukoviszidose (CF) ist geprägt von chronischer Entzündung, einem überschießenden Einströmen von Abwehrzellen des Blutes, Ansammlungen zähen Schleims und einem fortschreitenden Verlust der Lungenfunktion. Makrophagen sind sogenannte Fresszellen, die eine zentrale Rolle im zellulären Immunsystem spielen und besonders durch ihre Fähigkeit, Bakterien aufzunehmen und zu vernichten, in hohem Maße zum Gleichgewicht in der gesunden Lunge beitragen. Ihre Rolle im Szenario der CF Lungenerkrankung ist bislang aber wenig untersucht. Dabei könnte die eingeschränkte Funktion des CFTR Kanals, wie sie bei der CF vorliegt, auch in diesen professionellen Fresszellen bei der unzureichenden Bekämpfung von Krankheitserregern von Bedeutung sein. In einem Mausmodell der CF konnte die Arbeitsgruppe nach Transplantation von blutbildenden Stammzellen, die aus dem Knochenmark gesunder Spendermäuse gewonnen wurden, zeigen, dass die transplantierten Zellen erfolgreich in die Lunge der CF Mäuse einwanderten und sich dort zu Makrophagen differenzierten. Wenn diese transplantierten CF Mäuse dann über die Atemwege mit Pseudomonas aeruginosa, einem der wichtigsten Erreger der Lungenerkrankung bei CF Patienten, infiziert wurden, verlief die Infektion milder als bei Kontrolltieren. Aufgrund dieser Ergebnisse ist die Arbeitsgruppe zu der Überzeugung gelangt, dass die Transplantation gesunder Makrophagen von therapeutischem Nutzen sein kann, um chronische Atemwegsinfektionen bei CF-Patienten zu bekämpfen.

Methodik

Das Projekt will deshalb einen Therapieansatz für die Verabreichung von Makrophagen in die Lunge (pulmonale Transplantation von Makrophagen = PMT) entwickeln. Außerdem soll der CFTR-Defekt in humanen Makrophagen untersucht werden, die aus induziert pluripotenten Stammzellen (iPSC) von CF-Patienten gewonnen werden und F508del-homozygot sind. Bei iPSC handelt es sich um Zellen, die durch eine künstliche Umprogrammierung wieder die Eigenschaften von Stammzellen zurückerhalten haben. Man kann so aus normalen Körperzellen eines Patienten dessen eigene Stammzelllinie erzeugen und daraus wiederum Zellen mit verschiedenen Eigenschaften herstellen, in diesem Fall Makrophagen. Weiterhin wird die Arbeitsgruppe ein weiteres CF Mausmodell (hF508del), welches das mutierte menschliche F508del-CFTR-Gen trägt, untersuchen. In ersten Studien sollen in diese hF508del-Mäuse gesunde humane Makrophagen, die aus iPSC erzeugt wurden, transplantiert werden.

Ausblick

Obwohl in der jüngsten Vergangenheit durch die Verfügbarkeit von CF-Modulatoren immense Fortschritte in der CF-Therapie erzielt wurden, leiden Patienten noch immer unter schweren chronischen Atemwegsinfektionen, einem fortschreitenden Verlust der Lungenfunktion und schweren Exazerbationen. Genau hier soll die Therapie mit Makrophagen als ergänzende, Mutations-  und Antibiotika-unabhängige Therapie für die CF-Lungenerkrankung ansetzen – vor allem aber auch für CF Patienten mit seltenen Mutationen, denen bislang gar keine Therapie mit Modulatoren zur Verfügung steht.

Projektleiter: Dipl. Ing. Christine Rumpf, Institut für Medizinische Mikrobiologie, Universität Münster

Mentor: Prof. Dr. Barbara Kahl, Institut für Medizinische Mikrobiologie, Universität Münster

Laufzeit: 36 Monate; 01. August 2023 – 30. September 2026

Fördervolumen: 112.275

Hintergrund

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist einer der meist isolierten Erreger aus den Atemwegen von Menschen mit Mukoviszidose und tritt besonders in jungen Jahren auf. S. aureus kann ohne Symptome in der Lunge vorkommen (Kolonisation), aber auch schwere Lungenentzündungen verursachen und über lange Zeit in den Atemwegen der Patienten überleben. Es wird auch diskutiert, dass diese Bakterien ein Wegbereiter für andere Erreger sind, wie z.B. Pseudomonas aeruginosa.

S. aureus bildet Biofilme und kann sich zu einer mukoiden Form entwickeln, die bislang eher wenig untersucht ist. Der Biofilm bildet sich wahrscheinlich abhängig von den vorherrschenden Umgebungsbedingungen. In der Lunge von Menschen mit Mukoviszidose kann sich die Verfügbarkeit von Nahrungsstoffen oder Sauerstoff ebenso verändern wie der pH-Wert und die Aktivität von Immunzellen. Auch die Konkurrenz mit anderen Bakterien sowie die Ausschüttung von Botenstoffen und Toxinen beeinflusst die Lebensbedingungen der Bakterien in der Lunge.

Die Arbeitsgruppe hat kürzlich eine besondere Form mukoider S. aureus-Isolate entdeckt, die übermäßig viel Biofilm produzieren und eine genetische Besonderheit aufweisen (es fehlen fünf Bausteine in der DNA eines bestimmten Bereiches, der dadurch die überschießende Biofilmbildung verursacht: 5bp-Deletion). Diese S. aureus-Form tritt insbesondere bei Menschen mit Mukoviszidose auf, sie ist aber hinsichtlich ihrer klinischen Bedeutung noch nicht charakterisiert. Die genetische Veränderung könnte den Bakterien einen Überlebensvorteil verschaffen und dazu beitragen, dass sie langfristig in der Lunge von Menschen mit Mukoviszidose verbleiben oder sich immer wieder neu vermehren. Es könnten aber auch noch andere genetische oder molekulare Veränderungen bei der mukoiden und übermäßig Biofilm-bildenden S. aureus-Form auftreten, die bisher noch nicht entdeckt worden sind. Und auch die Rolle des Immunsystems bei der Bildung und dem Überleben dieser besonderen S. aureus-Form ist noch nicht untersucht. Möglicherweise gibt es Interaktionen der S. aureus-Form mit Immunzellen und Lungenepithelzellen.

Ziele

In dem Projekt sollen die molekularen Mechanismen untersucht werden, die dazu führen, dass sich mukoide und übermäßig Biofilme-bildende S. aureus-Formen bilden. Dazu wird untersucht, welche genetischen Veränderungen stattfinden, wenn S. aureus auf mukoides Wachstum und Biofilmbildung umschaltet. Außerdem soll geklärt werden, welche Umgebungsbedingungen dieses Verhalten auslösen und wie diese S. aureus-Formen mit den Lungenepithelzellen und Immunzellen interagieren

Methodik

1. Molekulare Mechanismen der Biofilm-Produktion
Das Genom von mukoiden S. aureus-Isolaten wird sequenziert, um genetische Veränderungen im Vergleich zu nicht-mukoiden Formen zu erkennen. Zudem wird die Boten-RNA (mRNA, Vorlage zur Bildung von Proteinen) von S. aureus-Isolaten von CFPatienten sequenziert, um zu erkennen, welche Gene aktiv sind. Außerdem werden die gebildeten Proteine analysiert.
2. Einfluss der Umgebungsbedingungen
Das Wachstum von nicht-mukoiden S. aureus-Formen wird unter verschiedenen Wachstumsbedingungen (viel/wenig Salz, verschiedene pH-Werte, Anwesenheit von Pseudomonas aeruginosa, Anwesenheit von Immunzellen, etc.) beobachtet und analysiert, welche genetisch veränderten S. aureus-Formen entstehen und welche Gene aktiv sind.
3. Auswirkungen auf Lungenepithel- und Immunzellen
In Zellkulturen werden verschiedene funktionelle Methoden angewandt, um die Interaktion von mukoiden und nicht-mukoiden S. aureus-Formen mit verschiedenen Wirtszellen (CF und nicht-CF-Zellen) zu untersuchen. Dazu werden Botenstoffe zur Aktivierung des Immunsystems gemessen, sowie Marker für das Absterben von Zellen.

Ausblick

Durch diese grundlegende Erforschung der molekularen Hintergründe der Bildung von mukoiden und übermäßig Biofilm-bildenden S. aureus-Formen, die wahrscheinlich dafür verantwortlich sind, dass sich S. aureus so lange in der Lunge von Menschen mit CF aufhalten kann und schwierig zu bekämpfen ist, wird der Grundstein gelegt, um neue Therapieoptionen sowie wirkungsvollere Medikamente für die chronische S. aureus- Infektion in den Atemwegen von Menschen mit Mukoviszidose zu entwickeln.

Projektleiter: Dr. rer. nat. Adrian Richter, Institut für Pharmazie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Mentoren: Prof. Dr. Florian Maurer, Leibniz Lungenzentrum, Forschungszentrum Borstel, Prof. Dr. Peter Imming, Pharmazeutische/Medizinische Chemie und klinische Pharmazie, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Laufzeit: 24 Monate; 01. Juni 2022 – 31. Mai 2024

Fördervolumen: 152.000 €

Hintergrund

In den letzten Jahren beobachtete man weltweit, vor allem in Nordamerika und Europa, einen Anstieg der Häufigkeit von Mycobacterium (M.) abscessus bei CF-Patienten. Durch eine möglicherweise direkte Übertragbarkeit von Mensch zu Mensch könnte sowohl die Häufigkeit des Keims bei CF-Patienten ansteigen, als auch die Resistenzsituation verschärft werden und damit M. abscessus zu einem weiteren problematischen Keim für viele CF-Patienten werden. 

M. abscessus ist von Natur aus gegen viele Antibiotika resistent und kann weitere Resistenzen durch genetische Veränderungen ausbilden. Die Infektion mit M. abscessus führt bei CF-Patienten oft zu ernsthaften Symptomen mit einer schnellen Verschlechterung der Lungenfunktion. Die Therapie ist schwierig, sie ist verbunden mit mehreren Antibiotika-Kombinationen und trotzdem oft nicht erfolgreich. 

Die Suche nach neuen Wirkstoffen zur Behandlung einer M. abscessus-Infektion beinhaltet vor allem ein groß angelegtes Screening von Substanzen. Die Arbeitsgruppe hat bereits ein Screening-System entwickelt, in dem das Wachstum von M. abscessus mittels Fluoreszenztechnik quantifiziert werden kann. In diesem System wurden >500 Substanzen getestet und dabei drei identifiziert, die das Wachstum von M. abscessus deutlich beeinträchtigten. Vertreter dieser Substanzklassen sind beschrieben als Inhibitoren (Hemmstoffe) der bakteriellen RNA Polymerase, einem Enzym, das für die Bildung von bakteriellen Proteinen wichtig ist, und weitere als Inhibitoren der Gyrase B, einem Enzym, das zur Vermehrung der Bakterien gebraucht wird. Aus diesen Erkenntnissen heraus wurden bereits etwa 50 chemische Analoga der drei Substanzen hergestellt, die im Screeningtest ebenfalls wirksam gegen das Wachstum von M. abscessus waren. 

Ziele

Das Ziel des Projekts ist es, die gefundenen antimykobakteriellen Substanzen näher zu charakterisieren und sie im CF-Kontext zu untersuchen. Dazu sollen im Labor CF-ähnliche Bedingungen (Biofilm, Schleim) zur Untersuchung der Substanzen aufgebaut werden und letztendlich Isolate von CF-Patienten verwendet werden, um die Wirksamkeit der Substanzen zu testen. 

Methodik

1. Antimykobakterielle Synergietestung mit anderen Medikamenten gegen M. abscessus
Da die Infektion mit M. abscessus mit mehreren Antibiotika gleichzeitig erfolgt (Kombinationstherapie), sollen die neuen Substanzen auf Interaktionen und Synergien mit diesen Medikamenten untersucht werden. Dazu wird eine neue Methode an die Besonderheiten von M. abscessus angepasst. Es sollen dabei auch die Interaktion zwischen den neuen gegen M. abscessus-wirksamen Substanzen und einigen typischen anderen CF-Medikamenten untersucht werden. 

2. Untersuchung der antibakteriellen Wirksamkeit unter CF-relevanten Bedingungen
Da die Bedingungen des Wachstums von Keimen in ihrer natürlichen Umgebung, der Lunge, nicht den Wachstumsbedingungen im Labor entsprechen, und mögliche Medikamente in dieser Umgebung eine veränderte Wirksamkeit haben können, wird ein Untersuchungsmodell etabliert, das die natürliche Umgebung z.B. Biofilmbildung und Schleim simuliert. Dabei soll nicht nur ein natürliches Wachstumsumfeld erschaffen werden, sondern auch die Erkenntnisse aus der M. abscessus -Fluoreszenzmarkierung des Screeningstest übertragen werden, um das Wachstum der Keime quantifizierbar zu machen.

3. Analyse der Wirksamkeit der neuen Substanzen auf M. abscessus-Isolate von CF-Patienten
M. abscessus kann sich durch das Wachstum in der Lunge verändern, so dass es wichtig ist, Medikamente an Isolaten zu untersuchen, die aus der Lunge von CF-Betroffenen stammen. Die klinischen M. abscessus-Isolate von CF-Patienten sind im Labor von Prof. Maurer vorhanden und können für die Untersuchungen verwendet werden. Die neuen Substanzen werden mit einer erprobten Methode zur Feststellung der Empfindlichkeit von Keimen gegenüber Antibiotika untersucht. 

Ausblick

Wenn sich die in dem Projekt zu untersuchenden Medikamenten-Kandidaten gegen M. abscessus in den Versuchen als wirksam erweisen, können nach der im Projekt erfolgten prä-klinischen Untersuchung zu Medikamenten weiterentwickelt werden. Darüber hinaus werden in dem Projekt aber auch Methoden etabliert, um zukünftig weitere Substanzen zur Bekämpfung von M. abscessus auf hohem Niveau zu analysieren. 

Projektleiter: Dr. Stefan Reinsch, Medizinische Hochschule Brandenburg, Zentrum für Versorgungsforschung,
Theodor Fontane & Klinik für Kinder-und Jugendmedizin; Rüdersdorf

Laufzeit: 15 Monate; 01. September 2023 – 31. Januar 2025

Fördervolumen: 19.945 €

Hintergrund

Familienplanung hat einen größeren Stellenwert im Leben von Menschen mit CF und deren Angehörigen erlangt. Grund hierfür ist eine verbesserte Lebensqualität und höhere Lebenserwartung nicht zuletzt durch neue Therapien mit Modulatoren.

Um eine Entscheidung zu treffen, ein Kind zu bekommen, sind Informationen über den genetischen Status der Eltern von Bedeutung. Menschen mit Mukoviszidose tragen auf beiden Allelen ein mutiertes CFTR-Gen und vererben somit ein mutiertes Gen weiter. Ist der andere Elternteil ebenfalls Träger eines mutierten CFTR-Gens, so besteht die Möglichkeit ein Kind mit CF zu bekommen. Eltern, die bereits ein Kind mit CF haben, selbst aber nicht die Diagnose CF haben, sind beide Träger eines mutierten CFTR-Gens und haben ebenfalls eine hohe Wahrscheinlichkeit, ein weiteres Kind mit CF zu bekommen. Aber viele Paare mit Kinderwunsch wissen gar nicht, dass sie Träger einer CFTR-Mutation sind, obwohl in Deutschland das bei ca. 4 % der Menschen der Fall ist.

Mit der Möglichkeit, ein ungeborenes Kind noch im Mutterleib genetisch zu untersuchen (NIPT, nicht-invasiver pränataler Test ab der 8. Schwangerschaftswoche mit Bestätigungstest durch Fruchtwasseruntersuchung) gibt es die Möglichkeit, vor der Geburt bereits zu wissen, ob das Kind Mukoviszidose hat. Der NIPT ist für Mutter und Kind gefahrlos (Blutabnahme bei der Mutter), die Fruchtwasseruntersuchung, die bei positivem NIPT zur Bestätigung durchgeführt werden muss, birgt jedoch ein gewisses Risiko, dem Kind damit im Mutterleib zu schaden. Die Entscheidung, die genetische Information einzuholen, ob das Ungeborene CF hat, stellt die Eltern zudem vor die ethische Frage, was sie aus diesen Informationen für das ungeborene Kind und für sich selbst schlussfolgern. Das moralische Dilemma, aus dem Wissen die Konsequenz eines Schwangerschaftsabbruchs zu ziehen kann groß sein. Auf der anderen Seite birgt die genetische Information aber auch die Möglichkeit, Vorbereitungen für einen optimalen Lebensstart für das Kind mit CF treffen zu können.

Es wurde bisher in Deutschland keine Untersuchung dazu durchgeführt, welche Haltung CF-Betroffene zu dieser Fragestellung haben.

Ziele

Es soll untersucht werden, wie die Haltung von Menschen mit CF und Eltern mit CF-Kindern zur genetischen Testung bei der Familienplanung ist. Dabei soll auf drei analytischen Level Klarheit gefunden werden:

• Beschreibung der Erfahrungen, Bedingungen und der Umsetzung von Familienplanung, Schwangerschaftsberatung und genetischer Testung auf CF
• Vergleich der Bedeutung und Ziele der genetischen Testung mit der Frage, welche  Probleme aus Sicht der Betroffenen bei der genetischen Testung gelöst werden sollten
• Einordnung in das Gesamtbild der Strategien, wie Betroffene mit den Herausforderungen der Familienplanung und der Möglichkeit der genetischen Testung umgehen, inklusive ihrer moralischen und ethischen Überlegungen und wie sie das Leben mit CF meistern.

Methodik

Es werden Interviews mit insgesamt 30-40 CF-Betroffenen geführt, die entweder selbst CF haben und ein Kind oder einen Kinderwunsch, sowie mit Eltern, die bereits ein Kind mit CF haben. Die bisherigen Daten der Arbeitsgruppe aus 15 Interviews sollen dadurch ergänzt werden

Die Daten der Interviews werden analysiert und die Ergebnisse interpretiert. Die Ergebnisse und Interpretationen werden zur Validierung in drei Fokusgruppen mit Erwachsenen mit CF, Vertretern der Selbsthilfe und Forschenden auf dem Gebiet der CF diskutiert.

Ausblick

Die Ergebnisse können dazu führen, dass das Leben von Menschen mit CF und ihre Gestaltung der Familienplanung besser verstanden wird und dadurch die Beratung für die Familienplanung und die genetische Testung fokussierter werden kann. Auch für die politisch-ethische Debatte um pränatale Diagnostik bringen die Ergebnisse mehr Klarheit.

Projektleiter: Dr. Sybelle Goedicke-Fritz, Klinik für Allgemeine Pädiatrie und Neonatologie, Universitätsklinik Homburg

Beteiligte Wissenschaftler: Michelle Bous, Klinik für Allgemeine Pädiatrie und Neonatologie, Universitätsklinik Homburg

Laufzeit: 24 Monate; 15. September 2023 – 14. September 2025

Fördervolumen: 20.000 €

Zusammenfassung

Die Diagnostik von Keimen in den Atemwegen ist die Basis für die Behandlung von Infektionen der Lunge. Bei Menschen mit CF wird dies i.d.R. über den Auswurf von Sputum durchgeführt, in dem die Keime enthalten sind und im mikrobiologischen Labor extrahiert werden können. Die Induktion von Sputum kann ab einem Alter von 5-6 Jahren gut durchgeführt werden. Auch durch Abstriche im Nasen- oder Rachenraum können Keime diagnostiziert werden, aber aus diesen Proben sind methodisch nicht alle Keime nachweisbar und sie repräsentieren auch nicht die tieferen Abschnitte der Atemwege. Eine Möglichkeit, Keime in den tieferen Atemwegen zu diagnostizieren, ist die Methode der Bronchoalveolären Lavage (BAL), für die über ein Bronchoskop Flüssigkeit in die Lunge gespült und wieder abgezogen wird. Diese Methode ist aufwändig, ist mit einer Narkose oder Sedierung verbunden und eignet sich nicht für die regelmäßige mikrobiologische Diagnostik. Seit Einführung der CFTR-Modulatortherapie produzieren viele CF-Patienten kaum oder sogar kein Sputum mehr, so dass die mikrobiologische Diagnostik der Lungenkeime schwieriger geworden ist.

Bakterien bilden bei ihrem Wachstum Stoffwechselprodukte (chemische Substanzen), die in die Umgebung abgegeben werden. Dabei handelt es sich um verschiedene chemische Verbindungen, von denen manche „flüchtig“ sind, d.h. sie werden in gasförmigen Zustand in die Umgebungsluft abgegeben. Diese Substanzen sind in der Luft nachweisbar, wenn sie mit entsprechend feinen chemischen Methoden (Massenspektrometrie) analysiert werden.

Bei CF-Patienten wurden in Vorversuchen bereits verschiedene Bakterien anhand der von ihnen freigesetzten Stoffwechselprodukte voneinander unterschieden (Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cepacia complex, Staphylococcus aureus, Stenotrophomonas maltophilia).

Eine Möglichkeit der nicht-invasiven mikrobiologischen Diagnostik ist die Analyse sogenannter flüchtiger organischer Verbindungen (Volatile organic compounds, VOCs), die mit jedem Atemzug eines Lebewesens abgeatmet werden. Diese VOCs bestehen zu einem großen Teil aus Metaboliten, die aus dem körpereigenen Stoffwechsel stammen und können so wichtige Informationen über die Art und Aktivität sowie über den Zustand des Organismus geben.

Ziele

Mit Hilfe „elektronischer Nasen“ sollen aus der Ausatemluft von CF-Patienten Substanzen analysiert werden, die eine präzise Identifizierung bestimmter Bakterien zulassen.

Methodik

Unter Verwendung der „elektronischen Nasen“ a) Cyranose® 320 und der b) Ionenmobilitätsspektrometrie (MCC/IMS) sollen bei 50 CF-Patienten der Kinderklinik Homburg mit Atemwegsinfektion und 50 CF-Patienten ohne Atemwegsinfektion im Lauf von zwei Jahren neben der herkömmlichen Probennahme zusätzlich Proben der Ausatemluft gesammelt und anschließend auf flüchtige Substanzen untersucht werden. Zur Sammlung der Ausatemluft atmen die Probanden in einen Plastikbeutel, die Ausatemluft wird anschließend mit den beiden Geräten analysiert. Dies geschieht innerhalb weniger Minuten. Das Gerät ist einfach zu bedienen.

Es werden die bei CF häufig in der Lunge vorkommenden Bakterien Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cepacia complex und Staphylococcus aureus (MRSA und MSSA) untersucht. Dabei sollen Erkennungsmuster entwickelt werden, die eindeutige Rückschlüsse auf die Bakterien zulassen sollen.

Ausblick

Die Etablierung von elektronischen Nasen würde ein schnelles, nicht-invasives mikrobiologisches Monitoring von Atemwegsinfektionen ermöglichen, das eine sofortige Auskunft darüber gibt, welche antibiotische Therapie angebracht ist.

Projektleitung: Dr. bio.hum. Franziska Miegel, Abteilung für Psychiatrie und Psychotherapie, Uniklinik Hamburg-Eppendorf 

Kooperationspartner: Carina von Stackelberg, Psychologin (Uniklinik Hamburg-Eppendorf) 

Laufzeit: 12 Monate; 01. Dezember 2022 bis 30. November 2023

Fördervolumen:  19.290 €

Hintergrund

Die psychische Belastung, an einer chronischen Erkrankung zu leiden, ist groß. Bei Mukoviszidose (Cystische Fibrose, CF) liegt neben der Krankheitsbelastung auch eine hohe Therapielast vor. Viele Betroffene leiden unter Ängsten und Depressionen, aber auch an düsteren Zukunftsgedanken, Versagensängsten und anderem. Auch in Zeiten hocheffektiver Modulatortherapien treten psychologische Symptome nicht in den Hintergrund und auch diese neuen Therapien können Unsicherheiten und Ängste mit sich bringen. 
Psychologische Symptome können die Motivation zur Therapie und die Bewältigung des Alltags erheblich einschränken, die wiederum eine Verschlechterung der Grunderkrankung inklusive einer verkürzten Lebenszeit verursachen.  
Die effektive Behandlung psychologischer Symptome ist daher wichtig, aber psychologische Unterstützung fehlt häufig, da zu wenig Therapiemöglichkeiten existieren und lange Wartezeiten für Psychotherapien die Regel sind. 
Die Psychologinnen Franziska Miegel und Carina von Stackelberg haben das Selbsthilfebuch „Muko Help: Therapie für die Seele“ verfasst, um Betroffenen eine Hilfestellung zu geben, ihre seelische Verfassung selbst zu erfassen und zu stabilisieren. Das Ziel des Buches ist es, neben der Verbesserung von Symptomen wie Angst und Depression auch die Therapietreue zu verbessern. 

Ziele

In dem Projekt soll die Wirksamkeit des Selbsthilfebuchs „Muko Help: Therapie für die Seele“ evaluiert werden. Dabei soll die Verbesserung von psychopathologischen Symptomen, aber auch die Auswirkung auf den Gesundheitszustand untersucht werden. Die Untersuchung wird als Pilotprojekt angesehen, dem bei erfolgreicher Evaluation eine größere Untersuchung sowie die digitale Umsetzung folgen soll.

Methodik

Die Antragstellerinnen planen eine anonymisierte Online-Studie, die Patienten, die das Buch erhalten (Intervention) und Patienten als Kontrollgruppe (Patientengruppe, die zunächst ohne die Zurverfügungstellung des Buchs in die Untersuchung einbezogen werden), umfasst. Die Teilnehmer werden zu verschiedenen Zeitpunkten mit evaluierten internationalen Online-Fragebögen nach ihren psychologischen Symptomen gefragt. Dabei werden neben Angst und Depressionen auch die Therapietreue, Lebensqualität, das Selbstwertgefühl und der allgemeine gesundheitliche Zustand abgefragt. 

Ausblick 

Das Buch „Muko Help: Therapie für die Seele“ soll nach erfolgreicher Evaluation in diesem Projekt öffentlich verfügbar werden. Damit sollen sich CF-Betroffene bei psychologischen Symptomen auch selbst helfen können. Damit kann all denen eine Hilfestellung an die Hand gegeben werden, die keine Möglichkeit einer zeitnahen Psychotherapie finden. 

Projektleiter: Andrew Tony-Odigie (M.Sc.), Zentrum für Infektiologie, Medizinische Mikrobiologie und Hygiene, Universität Heidelberg

Beteiligte Wissenschaftler: Prof. Dr. med. Alexander Dalpke, Abteilung für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene, Universitätsklinikum Heidelberg; Dr. Buqing Yi, Institut für Medizinische Mikrobiologie und Virologie, Universitätsklinikum Dresden

Laufzeit: 6 Monate; 01. November 2022- 30. April 2023

Fördervolumen: 20.000 €

Hintergrund

Patienten mit Mukoviszidose (Cystische Fibrose, CF) leiden unter wiederkehrenden Lungen-Infektionen, deren Hauptursache Bakterien sind. Insbesondere chronische Infektionen der Lunge mit Pseudomonas aeruginosa (PA) kommen bei vielen CF-Patienten mit steigendem Alter häufig vor und können zu einer plötzlichen Verschlechterung der Lungenfunktion (Exazerbation) führen, die den gesamten Gesundheitszustand des Patienten belasten. Dazu kommt eine überschießende Immunantwort des Körpers, wodurch die Entzündung des Lungengewebes verstärkt wird. 
Die Lunge ist im gesunden Zustand nicht steril, sondern von verschiedenen Bakterienarten bewohnt, die keinen Schaden in der Lunge anrichten. Sie erhalten vielmehr die Lungengesundheit. Diese Bakterien leben von den Abfallprodukten anderer Zellen, sie werden auch als Kommensalen (lat. Commensalis: Tischgenosse) bezeichnet. Bakterienarten beeinflussen sich gegenseitig in ihrem Wachstum und ihrer Verbreitung, beispielsweise können schädliche Bakterien wie PA andere Bakterien abtöten oder am Wachstum hindern. Aber auch die Bakterien der gesunden Flora können Einfluss auf die schädlichen Bakterien haben. 
Vorarbeiten der Arbeitsgruppe (gefördertes Projekt 1805 Dalpke, 2021) haben gezeigt, dass bestimmte Strepotococcus-Arten einen hemmenden Effekt auf PA haben und dabei auch die Entzündungsreaktion im Gewebe abmildern. Es ist aber bisher noch nicht geklärt, auf welchem Mechanismus diese Reaktion basiert und welche bakteriellen Substanzen dabei eine Rolle spielen. Einige bekannte Mechanismen und Substanzen (z.B. die Konkurrenz um Eisen, Produktion von reaktivem Sauerstoff) wurden von der AG bereits ausgeschlossen. Dabei wurde auch deutlich, dass der pH-Wert eine Rolle spielen könnte und es wird vermutet, dass kurzkettige Fettsäuren (SCFA), die durch Streptokokken produziert werden, einen Einfluss auf die Pathogenität von PA und die Modulation der Entzündung haben könnten. Der protektive Effekt von SCFA im Verdauungstrakt wurde von anderen Arbeitsgruppen bereits gezeigt, aber für die Situation in den Atemwegen gibt es noch keine Untersuchungen mit eindeutigen Ergebnissen. 

Ziele

Das Projekt soll den Einfluss von kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) auf das Wachstum von verschiedenen Bakterien, die bei CF vorkommen, und auf die Entzündungsreaktion im Gewebe untersuchen. 

Methodik

Ziel 1: Messung der Sekretion von SCFA durch verschiedene kommensale Bakterien aus der CF-Lunge

Für die Messung werden SCFA von 65 Kommensalen-Isolaten aus der CF-Lunge identifiziert, die das wirksamste Spektrum haben (in Kooperation mit Firma Lipidomix GmbH). Daraus sollen einzelne oder ein Cocktail aus wirksamen SCFA identifiziert werden, die ein vielversprechendes protektives Potential haben. 

Ziel 2: Untersuchung der gefundenen SCFA auf ihre antibakterielle Wirkung

Für die Untersuchung werden die typischen CF-Pathogene berücksichtigt (PA, Staphylococcus aureus, Stenotrophomonas maltophilia, Achromobacter xylosoxidans, Haemophilus influenza, Burkholderia spp., Enterococcus faecalis, Proteus mirabilis, Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli). Die Bakterien werden kultiviert, mit unterschiedlichen Konzentrationen der SCFA zusammengebracht und das Wachstum der Bakterien analysiert.

Ziel 3: Einfluss von ausgewählten SCFA auf die Immunstimulation bei PA-Infektion 

CF-Zellkulturen (Zellen mit F508del-Mutation) werden mit PA infiziert und danach mit SCFA behandelt. Im Zellkulturmedium können dann Entzündungsparameter (Zytokine) gemessen werden. Die Ergebnisse sollen in einem in der AG etablierten Lungengewebe-Modell (Mäuse-Lungengewebe) bestätigt werden. 

Ausblick

Die Modulation der Mikroumgebung der Lunge mit SCFA könnte die Infektion der Lunge mit schädlichen Keimen wie PA erschweren und die Immunabwehr gezielt stärken. Daraus ergeben sich direkte therapeutische Optionen, aber auch die Möglichkeit, die Wirksamkeit von anderen antibakteriellen Therapien zu unterstützen. 

Projektleiter: Prof. Dr. Martin Witzenrath und Dr. Gopinath Krishnamoorthy, Medizinische Klinik mit Schwerpunkt Infektiologie und Pneumologie, Charité – Universitätsmedizin Berlin 

Beteiligte Wissenschaftler: Dr. Geraldine Nouailles, Medizinische Klinik mit Schwerpunkt Infektiologie und Pneumologie, Charité – Universitätsmedizin Berlin, Prof. Dr. Kai Papenfort, Institut für Mikrobiologie, Friedrich-Schiller-Universität Jena

Laufzeit: 12 Monate; 1. Mai 2022 – 30. April 2023, kostenneutral verlängert bis 31. Juli 2023

Fördervolumen: 19.000 €

Hintergrund

Patienten mit Mukoviszidose (Cystische Fibrose, CF) leiden unter wiederkehrenden Lungen-Infektionen, deren Hauptursache Bakterien sind. Insbesondere chronische Infektionen der Lunge mit Pseudomonas aeruginosa (PA) kommen bei vielen CF-Patienten mit steigendem Alter häufig vor. Diese Infektionen können zu einer plötzlichen Verschlechterung der Lungenfunktion (Exazerbation) führen, die den Gesundheitszustand des Patienten belasten. Die bei der Infektion mit PA auftretenden Resistenzen gegen die Therapie erschweren die nachhaltige Bekämpfung der Infektion. 
Resistenzen gegenüber einer Therapie erfolgen bei Bakterien nicht allein dadurch, dass die Bakterienzelle eigene Abwehrstrategien gegen Antibiotika entwickelt, sondern auch indem Bakterien sich z. B. in einen Biofilm zurückziehen oder eine Hülle aus Alginat produzieren, welche die Therapie nicht durchdringen kann. Diese Mechanismen werden auch als Persistenz (weil die bakterielle Infektion trotz Therapie bestehen bleibt) oder Toleranz (weil die Bakterien die Therapie tolerieren, ohne abgetötet zu werden) bezeichnet. 
Persistenz und Toleranz beziehen sich aber nicht auf Antibiotika-Therapien allein, auch gegen Bakteriophagen können sich Pseudomonaden auf diese Weise wehren. Bakteriophagen sind auf Bakterien spezialisierte Viren, die Bakterien abtöten können. Die molekularen Mechanismen, wie sich diese Persistenz/Toleranz bei PA entwickelt, sind bisher nicht vollständig bekannt.
Es wird angenommen, dass der bakterielle Mechanismus, welcher der Produktion von Alginat-Hülle oder Biofilm zugrunde liegt, auf die gleiche Weise funktioniert – egal ob er durch die Antibiotika-Therapie oder den Angriff durch Bakteriophagen ausgelöst wird. Bakterien und Bakteriophagen stehen dabei in einem ständigen Konkurrenzkampf ums Überleben: die bakterielle Entwicklung von Resistenzmechanismen und deren Überwindung durch die Bakteriophagen führen zu einer Ko-Evolution. Eine Hülle aus Alginat oder einen Biofilm können aber auch Phagen nicht überwinden, weil sie diese mechanische Barriere nicht durchdringen können.
Um eine wirksame Methode zu finden, die Persistenz und Toleranz zu überwinden, ist es wichtig, die zugrundeliegenden Mechanismen der Alginat- und Biofilmproduktion auf molekularer Ebene zu verstehen. Ein Modell dafür kann die Infektion von Pseudomonaden mit Bakteriophagen sein.

Ziele

Das Ziel des Projekts ist es, den molekularen Mechanismus zu identifizieren, der hinter der bakteriellen Persistenz/Toleranz bzw. deren Regulation steht. Weiterhin soll untersucht werden, ob die Hemmung der bakteriellen Persistenz/Toleranz durch sog. „Small Molecules“ (Moleküle, die klein genug sind, um in Zellen eindringen zu können) dazu führt, ihre Entwicklung zu stoppen und die Wirksamkeit der antimikrobiellen Therapie zu steigern. 

Methodik

Ziel 1: Identifikation des molekularen Mechanismus der Persistenz/Toleranz: 
Um die Reaktion von PA auf die Infektion mit Bakteriophagen klären zu können, werden verschiedene PA-Stämme, darunter auch Isolate von Mukoviszidose-Betroffenen, untersucht. 
Die Unterschiede in der Reaktion soll über die Messung der Genaktivität erfolgen (Transkriptom-Analyse). Darüber können Informationen gewonnen werden, welche Proteine die untersuchten Bakterienstämme bilden, um sich gegen die Bakteriophagen zu wehren.  

Ziel 2: Wirksamkeit von Small Molecules: 
Die Arbeitsgruppe hat bereits in dem PA-Laborstamm beobachtet, dass die Zugabe von L-Cystein zum Zeitpunkt der Infektion mit Bakteriophagen dazu geführt hat, dass das Überleben der Bakterien deutlich reduziert wurde. Für das Projekt soll nun die Zugabe von L-Cystein an PA-Isolaten von CF-Patienten untersucht werden, sowohl an PA in einem Biofilm als auch an einzelnen PA ohne Biofilm. Die Untersuchung von L-Cystein soll außerdem als Vorlage zur Entwicklung ähnlicher Small Molecules genutzt werden, die als therapeutische Option nutzbar sein könnten. 

Ausblick

Wenn die Mechanismen der bakteriellen Persistenz/Toleranz besser verstanden werden, können zukünftige Therapieansätze dagegen ausgerichtet werden. Die Untersuchung und Entwicklung von Small Molecules kann dabei helfen, die Mechanismen der Persistenz bzw. Toleranz von PA zu überwinden und die Therapie mit Antibiotika, aber auch mit Bakteriophagen zukünftig effektiver zu machen. 

Projektleiter: Prof. Dr. Gernot Rohde, Med. Klinik I, Abt. für Pneumologie und Allergologie, Uniklinik Frankfurt/Main

Beteiligte Wissenschaftler: Dr. Carla Bellinghausen, Abt. für Pneumologie und Allergologie, Uniklinik Frankfurt/Main
Dr. Christian Hügel, Christiane Herzog Zentrum, Frankfurt/Main
Dr. Christina Smaczny, Christiane Herzog Zentrum, Frankfurt/Main
Prof. Dr. Sandra Ciesek, Institut für Medizinische Virologie, Uniklinik Frankfurt
Prof. Dr. Ralf Schubert, Labor für Experimentelle Pneumologie, Uniklinik Frankfurt

Laufzeit: 24 Monate; 1. März 2021 – 28. Februar 2023

Fördervolumen: 20.000 €

Hintergrund

Patienten mit Mukoviszidose (Cystische Fibrose, CF) leiden unter wiederkehrenden Lungeninfektionen, deren Hauptursache Bakterien sind. Insbesondere chronische Infektionen der Lunge mit Pseudomonas aeruginosa kommen bei vielen CF-Patienten mit steigendem Alter häufig vor. Diese Infektionen können zu einer plötzlichen Verschlechterung der Lungenfunktion (Exazerbation) führen, die den gesamten Gesundheitszustand des Patienten belasten.
Virusinfektionen werden im klinischen Alltag oft nicht berücksichtigt, u.a. weil nur wenige Therapien gegen Viren verfügbar sind. Daher ist auch die Rolle von Virusinfektionen bei Exazerbationen noch weitgehend unklar, es wird aber vermutet, dass sie eine Exazerbation verschlechtern oder sogar auslösen können, insbesondere, wenn bereits eine bakterielle Infektion vorliegt. In Beobachtungsstudien an CF-Patienten wurde bei Exazerbationen in bis zu 52% der Fälle eine Virusinfektion entdeckt.

Es gibt zudem bereits einige Untersuchungen an nicht-CF-Patienten, die beispielsweise bei einer Infektion mit Hämophilus influenzae-Bakterien gezeigt haben, dass die Infektion mit Rhinoviren verstärkt wird. Ebenso kann durch Hämophilus influenzae die Entzündung der Lunge bei einer Infektion mit dem RSV (Respiratory Syncytial Virus) angefacht werden.

Bei chronischer PA-Infektion konnte in Zellkulturen gezeigt werden, dass bestimmte sekretorische Proteine von PA die Immunantwort so beeinflussen können, dass Viren weniger effektiv beseitigt werden können. Die sekretorischen PA-Proteine degradieren Zytokine (Botenstoffe des Immunsystems) in einer Weise, dass eine effektive Immunantwort über toxische T-Zellen (CD8+ T-Zellen) gegen Viren verhindert wird. Eine Interaktion von Bakterien mit dem Immunsystem, wodurch dieses weniger effektiv auf Viren reagieren kann, wird aufgrund dieser Erkenntnisse angenommen. Es ist allerdings noch nicht klar, wie die Interaktion von PA und Viren bei CF-Patienten tatsächlich aussieht.

Die Forscher möchten daher die Unterschiede bei Virusinfektionen zwischen PA-negativen CF-Patienten und CF-Patienten mit chronischer PA-Infektion untersuchen. Ein besseres Verständnis der Interaktion von PA und Viren bei CF-Patienten könnte das therapeutische Management von Exazerbationen verbessern.

Ziele

In dem Projekt soll der Einfluss einer chronischen PA-Infektion auf eine Virusinfektion untersucht werden. Es wird aus Vorarbeiten vermutet, dass eine chronische PA-Infektion die Entzündung und den Schweregrad einer akuten Virusinfektion der Lunge bei CF-Patienten verändert.

Methodik

Es sollen 30 CF-Patienten aus dem Christiane Herzog Zentrum Frankfurt rekrutiert werden, 15 mit chronischer PA-Infektion und 15 ohne PA-Infektion. Die Studie wird über zwei Winter (jeweils Oktober bis April) durchgeführt. Die Patienten werden im Zeitraum von August bis Oktober in die Studie eingeschlossen und einer Basisuntersuchung (Entzündungsprofil) unterzogen. Während der Wintermonate nehmen die Patienten monatlich selbst Abstriche aus dem Nasenraum und senden diese an das CF-Zentrum. Die Abstrichtupfer können die Virus-DNA/RNA über mehrere Tage bei Raumtemperatur erhalten.

Bei einer klinischen Verschlechterung sollen die Patienten zusätzliche Abstriche nehmen und sich in der Klinik vorstellen. Dort werden Sputumproben und Nasenabstriche auf bakterielle und Virusinfektionen untersucht, sowie die Lungenfunktion gemessen. Außerdem wird über Entzündungsparameter im Blut und Sputum (CRP, Zytokine IL-6, IL-1β, CXCL-8, CXCL-10) die Reaktion der Immunzellen untersucht.

Ausblick

Durch die regelmäßige Entnahme von mikrobiologischen Proben über die Wintermonate soll die Entstehung und der Verlauf von Exazerbationen systematisch untersucht werden. Eine mögliche gegenseitige Beeinflussung von bakteriellen und viralen Infektionen soll damit erforscht werden. Die Ergebnisse des Projekts könnten in das therapeutische Management und die Risikoabschätzung bei Exazerbationen einfließen und eine bessere Vorhersage über das Risiko einer Exazerbation erlauben.

Projektleiter: PD Dr. Volker Rickerts, Robert Koch-Institut 

Beteiligte Wissenschaftler: Dr. Carsten Schwarz, Charité Berlin; Dr. Oliver Voigt und Dr. Anna Gorbuschina, Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung Berlin; Dr. Oliver Cornely, Zentrum für klinische Studien, Universität Köln

Laufzeit: 24 Monate, 1. Januar 2021 – 31. Dezember 2022

Fördervolumen: 19.200 €

Ziele

Die Arbeitsgruppe des Antragstellers hat aus Vorarbeiten Hinweise, dass Scedosporium mit Cyp51-Genvarianten Azol-Resistenzen aufweisen. Um einen möglichen ursächlichen Zusammenhang von Cyp51-Variationen und Azol-Resistenzen zu untersuchen, werden in dem Projekt genetische und mikrobiologische Untersuchungen an seriellen Scedosporium-Isolaten durchgeführt um zu zeigen ob die Cyp51-Variationen der Grund für eine erworbene Azolresistenz sind. Das Vorkommen deratiger Variationen in deutschen Isolaten wird bestimmt. Weiterhin ist geplant, an den Azol-resistenten Scedosporium die Wirksamkeit neuer Antimykotika zu untersuchen.

Methodik

Um zu bestätigen, dass Cyp51-Mutationen bei Scedosporium apiospermum kausal mit einer Resistenz gegenüber Azolen und damit dem Anstieg der minimalen Hemmkonzentration (MIC) verbunden ist, wird zunächst das Cyp51-Gen in unveränderter und in mutierter Form aus Scedosporium apiospermum isoliert und in ein Wirtssystem (S. cerevisiae) eingebracht. Dadurch kann das Genprodukt (Protein) gewonnen und analysiert werden. Auf dieser Basis werden auch Resistenztestungen durchgeführt, indem geprüft wird, ob das mutierte Cyp51-Gen auch in diesem experimentellen Wirtssystem eine Azol-Resistenz verursacht.
Die Arbeitsgruppe kooperiert für das Projekt mit dem CF-Zentrum der Charité Berlin und hat dadurch Zugriff auf Scedosporium-Isolate von CF-Patienten aus verschiedenen Jahren sowie den dazugehörigen klinischen Daten. Verfügbar sind sequentielle Proben, d.h. verschiedene Isolate von einzelnen Patienten in zeitlichen Abständen. 
Bei Isolaten von einem Patienten soll nun die genetische Veränderung der Scedosporien im Verlauf der Besiedelung genauer angeschaut werden: Dafür wird das vollständige Genom sequenzieller Scedosporium-Isolate eines CF-Patienten sequenziert. Die sequentiellen Proben entstammen verschiedenen Zeitpunkten, während der Patient eine Voriconazol-Therapie durchlaufen haben. Dadurch kann die Entwicklung einer Resistenz auf genetischer Ebene beobachtet werden. Nicht nur das Cyp51-Gen wird dabei berücksichtigt, sondern alle genetischen Veränderungen werden analysiert.
Danach werden die Isolate hinsichtlich ihrer phänotypischen Eigenschaften untersucht, also der Wachstumsrate bei verschiedenen Temperaturen, Melanin-Produktion und Sporenbildung. Außerdem wird in einem Modell der Wachsmotte (Galleria mellonella) die krankmachende Wirkung (Virulenz) der Pilze untersucht.  
Die grundsätzliche Häufigkeit von Resistenzen und Cyp51-Mutationen bei Scedosporien wird ebenfalls untersucht. Dies erfolgt anhand einer Sammlung von 100 Scedosporien-Isolaten aus den Jahren 2011-2019, die dem Projektleiter über das Deutsche Referenzlabor für Scedosporium zur Verfügung steht.
Darüber hinaus wird in dem Projekt die in vitro-Aktivität neuerer Antimykotika auf Azol-resistente Scedosporium-Isolate getestet, um mögliche neue Behandlungsoptionen zu erkennen. 

Ausblick

Wenn sich die genetischen Veränderungen im Cyp51-Gen bestätigen, kann dies die Diagnostik von resistenten Scedosporium-Stämmen erleichtern, sowie das Verständnis von der Verbreitung dieser Pilze verbessern. Dadurch können sowohl die Behandlung der Pilzinfektionen als auch prophylaktische Maßnahmen erleichtert werden. Durch die Testung neuer Antimykotika besteht außerdem das Potenzial, neue Behandlungsoptionen für Azol-resistente Scedosporien zu erhalten und damit die Therapieerfolge zu verbessern. 

Fibrolyse in Zystischer Fibrose (Weckmann, Projekt 2104, Abschluss)

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Reaktive T-Zellen gegen das Pseudomonas aeruginosa Typ VI Sekretionssystem bei Mukoviszidose-Patienten (Bacher, Projekt 2103, Abschluss)

• Abschlussbericht (PDF)

Quantifizierung der Lungendurchblutungsstörungen in der Magnet-resonanztomographie der Lunge mittels künstlicher Intelligenz (Wielpütz, Projekt 2006, Abschluss)

• Abschlussbericht (PDF)

Untersuchung der Funktion des Chloridkanals TMEM16A in der Mukoviszidose-Lunge mittels induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) (Martin, Projekt 1807, Abschluss)

• Abschlussbericht (PDF)

Serologische Biomarker für Exophiala dermatitidis in der Lunge von Mukoviszidose-Patienten Titel (Grehn/Schwarz, Projekt 2007, Abschluss)

• Abschlussbericht (PDF)

Molekulare Epidemiologie von M. abscessus bei Mukoviszidose-Patienten in Deutschland (MOMA-CF) (Hogardt, Projekt 2003, Abschluss)

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• Fachpublikationen:
  • Antimicrobial Susceptibility and Phylogenetic Relations in a German Cohort Infected with Mycobacterium abscessus. (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Antibiotikaallergien bei Mukoviszidose - Entwicklung von Strategien zur Diagnostik und zum Management (Röhmel, Projekt 1705, Abschluss)

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• Fachpublikationen:
  • Drug allergy to CFTR modulator therapy associated with lumacaftor-specific CD41 T lymphocytes (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Identifikation von extrazellulären Antigenen und Virulenzfaktoren von Pseudomonas aeruginosa unter anaeroben Bedingungen (S. Schwarz, Projekt 1904, Abschluss)

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Immuntest für die Diagnose einer Mykobakterium-abcessus Infektion (Steindor, Lindemann, Projekt 1902, Abschluss)

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• Fachpublikationen:
  • Species-Specific Interferon-Gamma Release Assay for the Diagnosis of Mycobacterium abscessus Complex Infection (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Einfluss des Atemwegmikrobioms auf Immunantworten und Infektionen durch Pseudomonas aeruginosa bei Zystischer Fibrose (Dalpke, Projekt 1805, Abschluss)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen:
  • Relationship between airway dysbiosis, inflammation and lung function in adults with cystic fibrosis

Aufschlüsselung der antibiotischen Resistenzmechanismen und der Dynamik resistenter Staphylococcus aureus Isolate während der chronischen Atemwegsinfektion von Mukoviszidose Patienten (Kahl, Projekt 1806, Abschluss)

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• Fachpublikationen:
  • The Virulence Potential of Livestock-Associated Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus Cultured from the Airways of Cystic Fibrosis Patients (Vollversion kostenfrei verfügbar)
  • Association of Diverse Staphylococcus aureus Populations with Pseudomonas aeruginosa Coinfection and Inflammation in Cystic Fibrosis Airway Infection 
  • Staphylococcus aureus and Cystic Fibrosis—A Close Relationship. What Can We Learn from Sequencing Studies? (vollversion kostenfrei verfügbar)

     

Signalübermittlung in Abwehrzellen der Lunge von CF-Patienten (Albrecht, Projekt 1604, Abschluss 2020)

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• Fachpublikationen:
  • IL-17A from innate and adaptive lymphocytes contributes to inflammation and damage in cystic fibrosis lung disease 
  • Interleukin-17A and interleukin-22 production by conventional and non-conventional lymphocytes in three different end-stage lung diseases

Erhebung zur aktuellen Praxis physiotherapeutischer Maßnahmen bei Kindern und Jugendlichen (Hellmuth, Projekt 1802, Abschluss 2020)

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Zelltod durch Ferroptose bei Mukoviszidose (Kunzelmann, Projekt 1903, Abschluss 2020)

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• Fachpublikationen:
  • Contribution of Anoctamins to Cell Survival and Cell Death (Vollversion kostenfrei verfügbar) 

Das Mikrobiom des Bluts als Biomarker der Lungenerkrankung bei Mukoviszidose (Bals, Projekt 1804, Abschluss 2020)

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Untersuchungen zur Regulation der Entzündung bei Mukoviszidose auf genetischer Ebene (Eickmeier, Projekt 1801, Abschluss 2020)

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Untersuchung zu dem Zusammenhang zwischen der familiären Situation und dem Krankheitsverlauf bei Mukoviszidose (Heinzmann, Projekt 1703, Abschluss 2019)

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Mutationen als Modulatoren der CF Heterogenität (Ignatova, Projekt 1603, Abschluss 2019)

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• Fachpublikationen: 
  • Timing during translation matters: synonymous mutations in human pathologies influence protein folding and function. Biochemical Society Transactions.
  • Alteration of protein function by a silent polymorphism linked to tRNA abundance. PLOS Biology. (Vollversion kostenfrei verfügbar.)
  • Slowing ribosome velocity restores folding and function of mutant CFTR. The Journal of Clinical Investigation.

Untersuchung einer neuen Methode zur quantitativen Analyse der Protease-Aktivität in Sputum-Proben von CF-Patienten (Dittrich, Projekt 1605, Abschluss 2018) 

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen: 
  • Elastase activity on sputum neutrophils correlates with severity of lung disease in cystic fibrosis. European Respiratory Journal.
  • Elastase Exocytosis by Airway Neutrophils Is Associated with Early Lung Damage in Children with Cystic Fibrosis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 

Verbesserung der F508del-CFTR-vermittelten Restchloridleitfähigkeit durch die Glykosylierungsenzyme der MGAT-Familie (Stanke, Projekt 1503, Abschluss 2018)

• Abschlussbericht (PDF)

Entwicklung einer inhalativen Darreichung  zur Regulation der Cytokin Sekretion als neuer therapeutischer Ansatz zur Behandlung der Mukoviszidose (Schneider, Projekt 1702, Abschluss 2018)

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• Fachpublikationen:
  • Mucus-penetrating solid lipid nanoparticles for the treatment of cystic fibrosis: Proof of concept, challenges and pitfalls. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics.
  • siRNA delivery to macrophages using aspherical, nanostructured microparticles as delivery system for pulmonary administration

• Abschlussbericht (PDF)

Auswirkungen eines teilweise überwachten körperlichen Trainings bei Mukoviszidose: eine internationale randomisierte kontrollierte Multizenterstudie (ACTIVATE-CF) (Hebestreit, Projekt 1402, Abschluss 2018)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen:
  • Effects of a partially supervised conditioning programme in cystic fibrosis: an international multi-centre randomised controlled trial (ACTIVATE-CF): study protocol. BMC Pulmonary Medicine. (Vollversion kostenfrei verfügbar)
  • Cystic fibrosis relate diabetes is not associated with maximal aerobic exercise capacity in cystic fibrosis: a cross-sectional analysis of an international multicenter trial

Untersuchung von STAT3 Inhibitoren zur Erhöhung der CFTR Gen Expression und CFTR vermittelten Chlorid Sekretion (Stanke, Projekt 1601, Abschluss 2017)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen:
  • Analysis of cystic fibrosis patient survival confirms STAT3 as a CF modifying gene with changing impact over time (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Entwicklung einer kausalen CF-Therapie durch CFTR-aktivierende „Nanobodies“ (Govaerts, Projekt 1202, Abschluss 2017)

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• Fachpublikationen: 
  • Domain-interface dynamics of CFTR revealed by stabilizing nanobodies. Nature Communications. (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Vergleich der Sensitivität von Multiple Breath Washout und Thorax-MRT als nicht-invasive Endpunkte der frühen CF-Lungenerkrankung (Stahl, Projekt 1501, Abschluss 2017)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen:
  • Comparison of Lung Clearance Index and Magnetic Resonance Imaging for Assessment of Lung Disease in Children with Cystic Fibrosis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. (Vollversion kostenfrei verfügbar)
  • Three-center feasibility of lung clearance index in infants and preschool children with cystic fibrosis and other lung diseases. Journal of Cystic Fibrosis.

Evaluierung eines optischen Testsystems zur Bestimmung der Resistenzprofile von biofilmgewachsenen Pseudomonas aeruginosa CF Isolaten (Häußler, Hannover, Projekt 1401, Abschluss 2016)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen: 
  • Towards individualized diagnostics of biofilm-associated infections: a case study. npj Biofilms and Microbiomes. (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Untersuchung der Lebensdauer von Neutrophilen im Blut und Lungengewebe von Patienten mit Mukoviszidose (Hartl und Koendermann, Projekt 1209, Abschluss 2016)

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Häufigkeit und Charakterisierung von Azol-Resistenz bei Aspergillus fumigatus in CF Patienten in Deutschland (Steinmann, Projekt 1502, Abschluss 2016)

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• Fachpublikationen: 
  • Prevalence and characterization of azole-resistant Aspergillus fumigatus in patients with cystic fibrosis: a prospective multicentre study in Germany. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Charakterisierung der Mechanosensitivität des CFTR – Kanals (Vitzthum, Gießen, Projekt 1204, Abschluss 2015)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen: 
  • Mechanosensitive activation of CFTR by increased cell volume and hydrostatic pressure but not shear stress. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Modulation des Chaperon-Systems zur Korrektur des Faltungsdefekts des CFTRF508 Proteins bei der Mukoviszidose (Obermann, Bochum, S03/10, Abschluss 2015)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen: 
  • Identifying Inhibitors of the Hsp90-Aha1 Protein Complex, a Potential Target to Drug Cystic Fibrosis, by Alpha Technology. SLAS Discovery. (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Häufigkeit und Charakterisierung von Azol-Resistenz bei Aspergillus fumigatus bei CF-Patienten in Deutschland (Steinmann, Essen, Projekt 1502, Abschluss 2015)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen: 
  • Prevalence and characterization of azole-resistant Aspergillus fumigatus in patients with cystic fibrosis: a prospective multicentre study in Germany. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Entwicklung eines CF-Zell Modells für die Wirkstofftestung mithilfe induzierter pluripotenter Stammzellen (iPS) (Martin, Hannover, Projekt 1404, Abschluss 2015)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen: 
  • High-Throughput Screening for Modulators of CFTR Activity Based on Genetically Engineered Cystic Fibrosis Disease-Specific iPSCs. Stem Cell Reports. (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Identifikation von Pilzen in CF-Lungengewebe durch die Entwicklung eines molekularbiologischen Tests (Rickerts, Berlin, Projekt 1208, Abschluss 2015)

• Abschlussbericht (PDF) 

Transkript-Ersatztherapie mit Hilfe von modifizierter CFTR mRNA zur Behandlung der CF Lungenerkrankung  (Kormann, Tübingen, Projekt S03/12, Abschluss 2014)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen:
  • Chemically modified hCFTR mRNAs recuperate lung function in a mouse model of cystic fibrosis. Scientific Reports. (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Vitamin D zur Behandlung entzündlicher Lungenerkrankungen (Bals, Homburg, Projekt 04/11, Abschluss 2014)

• Abschlussbericht (PDF)

Entwicklung und Erprobung eines internetbasierten psychologischen Unterstützungsprogramms für Eltern von Kindern mit CF (Goldbeck, Ulm, Projekt S02/07, Abschluss 2013)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen: 
  • A web-based psychological support program for caregivers of children with cystic fibrosis: a pilot study. Health and Quality of Life Outcomes. (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Entwicklung eines neuen Antiinfektivums und Evaluation seiner in vitro und in vivo Aktivität gegen bakterielle Pathogene (Wichelhaus, Frankfurt, Projekt S03/08, Abschluss 2012)

• Abschlussbericht (PDF)

Gesundheitsindikatoren (CO- bzw. NO-Diffusionskapazität) bei Mukoviszidose-Patienten (Fischer, München, Projekt S06/08, Abschluss 2012)

• Abschlussbericht (PDF)

Morphologische und funktionelle Magnet Resonanz Tomographie (MRT) zur Beurteilung des Beginns und des Verlaufs der Lungenerkrankung bei Säuglingen und Kleinkindern kleiner als sechs Jahre mit Zystischer Fibrose (Eichinger und Puderbach, Heidelberg, Projekt S02/09, Abschluss 2012)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen: 
  • Validation of Fourier decomposition MRI with dynamic contrast-enhanced MRI using visual and automated scoring of pulmonary perfusion in young cystic fibrosis patients. European Journal of Radiology. 

Diabetes-Frühtherapie mit Tablette oder Insulinspritze (Ballmann, Hannover, F01/01, Abschluss 2012)

Untersuchung der Muskel-Knochen-Einheit bei Kindern und Jugendlichen mit Cystischer Fibrose  (Stahl, Heidelberg, Projekt A03/06; Abschluss 2012)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen: 
  • Multiple prevalent fractures in relation to macroscopic bone architecture in patients with cystic fibrosis. Journal of Cystic Fibrosis. 

T-Zell-Regulierung bei Cystischer Fibrose (Jung, Davos, Projekt A01/10, Abschluss 2012)

• Abschlussbericht (PDF)

Beschreibung und Auswertung des aktuellen Status der medizinischen Versorgung von 592 CF-Patienten mit sekundärem Diabetes in Deutschland und Österreich unter Nutzung des multizentrischen DPV-Registers (Holl, Ulm, Projekt S06/11, Abschluss 2012)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen: 
  • Adherence to clinical care guidelines for cystic fibrosis-related diabetes in 659 German/Austrian patients. Journal of Cystic Fibrosis. (Vollversion kostenfrei verfügbar)

Analyse der Surfactant Collectine (SP-A und SP-D) und entsprechender Gene hinsichtlich einer Einflussnahme auf den pulmonalen Verlauf der Krankheit Mukoviszidose (Griese, München, Projekt F01/02, Abschluss 2007)

• Abschlussbericht (PDF)
• Fachpublikationen: 
  • Assessment of Surfactant Protein A (SP-A) dependent agglutination. BMC Pulmonary Medicine. (Vollversion kostenfrei verfügbar)