Immunometabolism in pulmonary infections

Leitung

Dr. rer. nat. Dirk Friedrich

Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Weiterbildung zum Fachmikrobiologen
Tel.: 0451 500-45321

Mit jedem Atemzug nehmen wir täglich unzählige, potentiell infektiöse Keime in uns auf. Die Lunge wird dadurch zur unmittelbaren Schnittstelle zwischen der Umwelt und unserem Körper, wo sich schon früh entscheidet, ob wir erkranken oder nicht. Mit einer funktionierenden Immunabwehr gelingt es unserem Körper meist, diese Gefahren zu analysieren, und wenn nötig, zu eliminieren. Damit dies gelingt, müssen die Immunzellen immer an Ort und Stelle sein und im Notfall schnell Hilfe herbeiholen können. In der Lunge sind dafür die Alveolarmakrophagen zuständig. Für sie ist es ungemein wichtig, gute und böse Keime voneinander zu unterscheiden, da zahlreiche Mikroben, in ihrer Gesamtheit als Mikrobiom bezeichnet, unsere Lunge dauerhaft besiedeln und einen zusätzlichen Schutz gegen Infektionserreger bieten.

Um diese Aufgabe erfüllen zu können, besitzen Alveolarmakrophagen eine mächtigen Stoffwechselapparat, der es ihnen ermöglicht, bei Gefahr eine Entzündungsreaktion zu starten oder aber die Gewebeheilung voranzutreiben, sobald der Erreger getötet wurde. Während der Entzündungsreaktion werden Monozyten aus dem Blut herbeigerufen, die zu Makrophagen differenzieren, deren antimikrobielle Aktivität die Abwehr effektiv unterstützen.

Wir untersuchen in unserem Labor anhand eines Infektionsmodells mit dem Pilz Histoplasma capsulatum, welchen Einfluss die Umgebungsbedingungen in der Lunge, wie z.B. Sauerstoff, Nährstoffe und das Mikrobiom, auf den Verlauf der Immunantwort der Makrophagen haben (s. Abb. 1 A). Der Pilz überlebt häufig in Makrophagen von immungeschwächten Patienten und bietet einen spannenden Einblick in die Interaktion von Immunzelllen und Infektionserregern (Abb. 1 B).

Im Rahmen unserer Untersuchungen nutzen wir eine hohe Bandbreite an verschiedenen Methoden, um die immunmodulatorischen Fähigkeiten der Makrophagen während der Immunabwehr zu untersuchen:

  • Humane und murine Zellmodelle

  • Knockout-Mausmodelle

  • Stoffwechselanalysen auf Zellebene

  • Genexpressions- und Proteinanalysen

  • Next­-Generation Sequencing

Abb. 3: Die Immunabwehr in Makrophagen. A) Modell der zellulären Abwehr von Makrophagen in der Lunge: Unterschiedliche Umgebungsfaktoren beeinflussen die Immunreaktion in Makrophagen während einer Infektion und sind entscheidend für die Regulierung des zelleigenen Stoffwechsels und den Ausgang der Infektion. B) Eine Makrophage 24 Stunden nach der Infektion mit dem Pilz Histoplasma capsulatum (Hc). Durch die Stabilisierung eines über Sauerstoff regulierten Transkriptionsfaktors (Hypoxie-induzierbarer Faktor-1α) gelingt es der Zelle, den Erreger teilweise zu töten (D: Debris). Nc: Nucleus, Maßstabsbalken: 2 µm.