Unsere Forschungsprojekte beinhalten sowohl die Schwerpunkte antimikrobielle Peptide, posttranslationale Modifikatione, Proteomics und Peptidsynthese, als auch andere Forschungsthemen, die auf den bei uns etablierten Technologien aufbauen.

Maus mit braunem Fell auf Streu
Foto: Universität Leipzig, BBZ, Bioanalytik

Aktuelle Forschungsprojekte

Entwicklung innovativer Multiplex-Diagnostikverfahren zum Nachweis viraler und bakterieller Infektionen bei Versuchstieren auf Basis hoch immunogener Proteine

Die Überprüfung des Gesundheitszustandes von Versuchstieren erfolgt in Europa entsprechend den Empfehlungen der FELASA. Dabei werden quartalsweise und jährliche Untersuchungen gegenüber 24 Pathogenen durchgeführt, wobei akute, persistente und bereits überwundene bakterielle und virale Infektionen (d.h. Pathogen nicht mehr nachweisbar) detektiert werden sollen. Daher sind diagnostische Anwendungen die auf den Erreger abzielen, d.h. genetische (z.B. PCR) oder massenspektrometrische Testverfahren nicht ausreichend, sondern müssen durch serologische Methoden wie ELISA (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) und IFT (Immunfluoreszenz Test) ergänzt werden. Aufgrund bisher nicht standardisierbarer Tests auf Basis kompletter Viruspartikel oder Bakterienlysate besteht für die Praxis ein beträchtliches Risiko falsch-positiver und falsch-negativer Befunde. Weiterhin muss für jeden Erreger ein separater Test durchgeführt werden, was einen enormen Arbeits- und Kostenaufwand bedeutet und zugleich einen hohen Verbrauch an biologischem Material bedingt.

Ziel dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekts ist die Identifizierung und Expression hoch immunogener Proteine mehrerer Bakterien und Viren mit nachfolgender Identifizierung der Epitope. Konkret sollen die bakteriellen Proteine mittels Gelektrophorese (SDS-PAGE und zweidimensionale PAGE) getrennt und die von Seren infizierter Tiere erkannten immunogenen Proteine mittels Massenspektrometrie identifiziert werden. Diese bakteriellen Proteine und ausgewählte Proteine einiger Viren würden rekombinant exprimiert, um einen sensitiven ELISA zu entwickeln. Am Ende sollen die Erreger-spezifischen Proteine auf einem Array kombiniert werden, um einen serologischen Multiplexing-Test zu entwickeln, der nur geringe Mengen an Serum benötigt und äußerst kosten- und zeiteffiziente diagnostische Anwendungen ermöglicht.

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Optimierung, Generierung und Pharmakokinetik optimierter Oncocin- und Apidaecin-Analoga

Obgleich viele bakterielle Infektionskrankheiten heute gut mit Antibiotika behandelt werden können, stellt die massive Verbreitung multiresistenter und speziell panresistenter Gram-negativer Bakterien ein zunehmendes Gesundheitsrisiko mit steigender Letalität dar. Insbesondere in Krankenhäusern und Pflegestationen breiten sich diese lebensbedrohlichen Keime aus (nosokomiale Infektionen), d.h. innerhalb einer Station über Personal und Besucher und zwischen Krankenhäusern durch Patiententransporte und Besucher. Antimikrobielle Peptide (AMPs), die sich strukturell von natürlich vorkommenden Substanzen verschiedenster Organismen ableiten, sind eine aussichtsreiche Klasse potentieller neuer Wirkstoffe.

Wir haben in den letzten Jahren Prolin-reiche AMPs (PrAMPs) aus unterschiedlichen Organismen auf ihr Potential zur Behandlung humaner Pathogene optimiert und einige vielversprechende Vertreter auch schon in Infektionsmodellen erfolgreich erprobt. Aufbauend auf diesen langjährigen Erfahrungen sollen die vorhandenen Leitstrukturen speziell zur Behandlung von Lungenentzündungen als Folge einer (kurzfristigen) künstlichen Beatmung (nosokomiale beatmungsassoziierte Pneumonie; ventilator-associated pneumonia, VAP) weiterentwickelt und mikrobiologisch, pharmakokinetisch, pharmakodynamisch und über ihre Aktivität in Infektionsmodellen evaluiert werden. Konkret sollen die häufigsten Pathogene der VAP adressiert werden, d.h. Pseudomonas aeruginosa (24% aller Infektionen), Staphylococcus aureus (20%), Enterobacteriaceae (14%) und Acinetobacter baumannii (8%). Zugleich sollen mögliche Resistenzmechanismen der Bakterien identifiziert und aufgeklärt werden, um deren Potential in der Klinik abzuschätzen.

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Innovative AMP-Phagen-Lebendwirkstoffe zur kostengünstigen Behandlung von Infektionskrankheiten der Haustiere als biologische und umweltverträgliche Alternative zum Einsatz von Antibiotika

Der Einsatz von Antibiotika hat sowohl in der Human- als auch in der Veterinärmedizin zu einer erheblichen Selektion multiresistenter Bakterien geführt, die insbesondere bei hospitalisierten Patienten Komplikationen mit zunehmender Letalität verursachen (nosokomiale Infektionen). Während die Behandlung größerer Tiergruppen mit Antibiotika in der Nutztierhaltung starker Kritik ausgesetzt ist, wird der antibiotischen Behandlung von Kleintieren und Pferden wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Die Selektion nosokomialer multiresistenter Bakterien tritt aber auch in Kleintier- und Pferdekliniken auf. Bei einem Therapienotstand werden in vielen Fällen in Tierkliniken Reserveantibiotika der Humanmedizin eingesetzt. Viele dieser Erreger und damit auch ihre Resistenzen können auf den Menschen übertragen werden. Ein wichtiges Beispiel für diese Problematik sind Infektionen des Pferdes mit multiresistenten Salmonellen. Dieser wichtige Zoonoseerreger tritt beim Pferd gehäuft in Pferdekliniken auf. Da mit einer Antibiose eine Erregereliminierung oft nicht gelingt, können diese Tiere nach der Entlassung als Ausscheider eine Quelle für humane Infektionen werden. Hoch problematisch ist beim Pferd die globale Ausbreitung des multiresistenten Salmonella enterica Serovar Typhimurium Phagentyp DT104 seit 1990 und des Salmonella enterica Serovar Kentucky ST198, der hoch resistent ist gegen das Reserveantibiotikum Ciprofloxacin. Angesichts dieser Randbedingungen und der massiven Ausbreitung resistenter Bakterien im Human- und Veterinärbereich soll hier ein neuer, innovativer biologischer Ansatz mit „lebenden Wirkstoffen“ erprobt werden. Dabei dringen Phagen in die resistenten Bakterien ein, vermehren sich darin bei dem sich antibakteriell wirkende Substanzen im Tier entsprechend dem individuellen Infektionsgrad (Bakterienzahl) lokal selbst replizieren. Dazu soll die Wirkung von Bakteriophagen, d.h. Viren die gezielt Bakterien erkennen und abtöten, in vitro an verschiedenen Bakterienkulturen und unter unterschiedlichen Bedingungen getestet werden.

Das Forschungsprojekt wird durch die Europäische Union aus Mitteln des „Europäischer Fonds für regionale Entwicklung” gefördert. Diese Maßnahme wird mitfinanziert durch Steuermittel auf Grundlage des von den Abgeordneten des Sächsischen Landtags beschlossenen Haushaltes.

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Epitop-spezifische Studie zu SARS-CoV-2-Infektionen als prognostisches Werkzeug und als Grundlage einer Impfstoffentwicklung

Das Betacoronavirus (CoV) kann epidemische Atemwegsinfektionen auslösen, wie z.B. das schwere akute Atemwegssyndrom (SARS) und die derzeit beobachteten Pandemien der SARS-CoV-2-Variante. Basierend auf rekombinanten Strukturproteinen von SARS-CoV-2 möchten wir die Hauptimmunogene bei Covid-19-Patienten und der Bevölkerung nach August 2020 identifizieren und im direkten Vergleich Kreuzreaktivitäten in der allgemeinen Bevölkerung über Kontrollproben, die vor 2019 gesammelt wurden, erkennen. Damit kann die Spezifität der ELISA für verschiedene Altersgruppen und für einzelne Vorerkrankungen abgeschätzt werden. Mit Peptid-Arrays sollen zudem lineare B-Zell-Epitope identifiziert werden und wie die Proteine ebenfalls auf ihre Sensitivität und Spezifität getestet werden. Mit dem Protein-ELISA und den identifizierten Epitopsequenzen sollen die Antikörpertiter in Serumproben von COVID-19 Patienten mit leichten und schweren Symptomen bestimmt verwendet, um Hinweise auf eine günstige oder ungünstige Immunantwort zu erhalten.

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Wir sind für Kooperationsprojekte sowohl mit akademischen Arbeitsgruppen innerhalb und außerhalb der Universität Leipzig als auch mit Firmen jederzeit offen.

 

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