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Trotz der wachsenden Belastung durch opportunistische Pilzinfektionen gibt es derzeit nur wenige wirksame Medikamente. Bei der Suche nach neuen Behandlungsmöglichkeiten stehen die Pathogenitätsmechanismen von Pilzen und die antimykotische Immunität im Mittelpunkt.
Ziel ist es, diese Prozesse durch Lebendzellanalyse sichtbar zu machen und zu verstehen. „Mit dem neuen Live-Cell-Imaging-System können wir Wirt-Pathogen-Interaktionen in Echtzeit untersuchen und visualisieren“, erklärt Mark Gresnigt, Leiter der DFG-geförderten Emmy Noether-Nachwuchsgruppe Adaptive Pathogenitätsstrategien. Das ist wichtig, denn diese Infektionskrankheiten sind hochdynamische Prozesse. So kann zum Beispiel eine einzelne Spore oder Hefezelle von den Fresszellen des Immunsystems vernichtet werden, lange Hyphen aber nicht. Auch der Zelltod kann mit diesem speziellen Mikroskop gezielt verfolgt werden. „Wir untersuchen das an menschlichen Zellen, die wir mit einem Pilz infizieren“, erklärt Gresnigt. „Über 24 Stunden hinweg können wir verfolgen, wie der Pilz das Gewebe zerstört und wie dieser Prozess nach Zugabe eines Pilztoxin hemmenden Moleküls verlangsamt wird.“
Die Hochdurchsatz-Kapazität von bis zu sechs 96-Well-Platten, die gleichzeitig untersucht werden können, ermöglicht es, weit mehr Proben als bisher zu testen. Damit ist das System ideal für die Erforschung neuer Wirkstoffkandidaten, die beispielsweise in der Transfergruppe Antiinfektiva oder der Thüringer Forschungsgruppe Robotik-gestützte Identifizierung und Entwicklung neuer Antiinfektiva am Leibniz-HKI identifiziert wurden.
Eine Besonderheit des neuen Lebendzellanalysesystems ist das Fehlen einer separaten Inkubatoreinheit. Stattdessen wird das Mikroskop selbst in einem Inkubator positioniert. Dadurch sind die Bedingungen für die Zellen wesentlich stabiler und entsprechen exakt denen anderer Zellkulturexperimente. Durch das Herausfiltern des zelltoxischen blauen Lichts in diesem Gerät werden Zellschäden minimiert. Ein weiterer Vorteil ist, dass die zu beobachtenden Platten mit den Zellen selbst nicht ständig bewegt werden, sondern das Objektiv des Mikroskops um sie herum manövriert wird. Das bedeutet, dass die biologischen Prozesse nicht durch Vibrationen beeinflusst werden können.
„Wir sind zuversichtlich, dass wir durch die Lebendzellanalyse neue Erkenntnisse über die Immunologie von Pilzinfektionen gewinnen können, die uns bisher aufgrund technischer Einschränkungen verborgen geblieben sind. Das sollte uns auch bei der Suche nach Angriffspunkten für eine wirtsspezifische Behandlung schwerer Pilzinfektionen einen bedeutenden Schritt voranbringen“, sagt Mark Gresnigt.
Nierenzellen werden mit Candida albicans in Gegenwart eines nicht zelldurchlässigen DNA-Farbstoffs infiziert. Wenn die Nierenzellen durch die Infektion stark geschädigt sind, dringt der Farbstoff in die Zelle ein und der Zellkern wird angefärbt. Wenn die Infektion in Anwesenheit des Toxin-neutralisierenden Wirtsproteins Albumin durchgeführt wird, kann man erkennen, dass die Nierenschädigung reduziert wird (rechts). Quelle: Sophie Austermeier / Leibniz-HKI
Ein Makrophage hat vier Pilzsporen (dunkle Punkte) aufgenommen und beginnt sie zu verdauen, erkennbar an der Lokalisierung von Phagolysosomen-Markern in roter Färbung. Er bewegt sich auf zwei neue Pilzzellen zu und nimmt sie auf. Um ihre Verdauung einzuleiten, werden Moleküle in das Phagosom rekrutiert, die als grüner Ring um den Pilz zu sehen sind. Quelle: Mark Gresnigt / Leibniz-HKI
Funding
Das vom Freistaat Thüringen geförderte Vorhaben wurde durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kofinanziert.