RNA in Würzburg

Die Arbeitsgruppe von Jörg Vogel erforscht die RNA-Welt von Bakterien während Infektionen und in ihrer natürlichen Umgebung. Mithilfe hochauflösender Methoden versuchen die Forscher:innen zu verstehen, wann, wie und warum Bakterien RNA-basierte Mechanismen nutzen, um ihre Gene an- oder abzuschalten. Dieses Wissen möchte die Vogel-Gruppe nutzen, um neuartige RNA-basierte Therapeutika zu entwickeln.

Die Arbeitsgruppe von Chase Beisel arbeitet an der Schnittstelle von CRISPR-Biologie und daraus abgeleiteten Technologien. Die Forscher:innen untersuchen die funktionelle Vielfalt von CRISPR-Cas-Immunsystemen, um neue Technologien zu entwickeln. Diese können dann wiederum zum besseren Verständnis, zur Diagnose und zur Behandlung von Infektionen des Menschen eingesetzt werden.

Die Arbeitsgruppe um Emmanuel Saliba widmet sich der Erforschung von Wirt-Pathogen-Interaktionen in hoher Auflösung, nämlich auf der Ebene einzelner Zellen. Um den Zustand einzelner Erreger zu analysieren und dadurch die individuellen Unterschiede von Wirtsreaktionen und Krankheitsverläufen zu verstehen, entwickelt und kombiniert das Team Ansätze aus der Einzelzellanalyse mit bildgebenden Verfahren und computergestützten Methoden.

Die Arbeitsgruppe von Jens Hör untersucht die Mechanismen der Infektion, Wirtsübernahme und Phagenabwehr im Rahmen der Interaktion von RNA-Phagen mit ihren Wirten. Ihr Ziel ist es, die molekularen Prinzipien zu ergründen, die diesen Prozessen zugrunde liegen, um neue und verbesserte antibakterielle Behandlungsstrategien, wie beispielsweise die Phagentherapie, zu entwickeln.

Die Arbeitsgruppe von Franziska Faber erforscht das Zusammenspiel von Clostridioides difficile, einem Darmpathogen, und der intestinalen Mikrobiota. Ziel der Gruppe ist es, die Virulenz-Kontrolle während dieser Wechselwirkungen auf der RNA-Ebene besser zu verstehen. Dieses Wissen soll dann für die Entwicklung neuer antimikrobieller Wirkstoffe auf RNA-Basis genutzt werden.

Das Fischer-Labor untersucht die funktionelle Dynamik makromolekularer Maschinen, die auf RNA einwirken. Dazu verwenden die Forscher:innen eine Kombination aus biochemischen, strukturellen und systembiologischen Ansätzen. Durch die Kombination von grundlegender RNA-Forschung mit biomedizinischen Ansätzen untersuchen sie zudem, wie RNA-basierte Signalwege und Netzwerke bei verschiedenen Erkrankungsszenarien und Virusinfektionen verändert werden.

Die Entscheidung über das Zellschicksal ist essentiell für die Entstehung eines komplexen, mehrzelligen Organismus aus einer einzigen pluripotenten Zygote. Diese Entscheidung wird auch im Erwachsenenalter immer wieder getroffen, um Organgewebe zu erhalten. Angesichts der stochastischen Interaktion von Hunderttausenden von Molekülen in jeder Zelle ist die Robustheit der Entscheidung über das Zellschicksal bemerkenswert. Eine zentrale offene Frage bleibt jedoch, wie Signale aus der Mikroumgebung mit stochastischen Prozessen in einer Zelle integriert werden, um die Zellschicksalsentscheidung in gesundem Gewebe und bei Störungen aufgrund von Krankheiten oder Gewebeschäden zu steuern. Das Grün-Labor untersucht diese Frage im Kontext der Immunzellendifferenzierung, indem es Einzelzell-RNA-seq-Methoden und computergestützte Ansätze, die maschinelles Lernen und mathematische Modellierung beinhalten, kombiniert.

• Chemische Biologie der natürlichen RNA-/DNA-Modifikationen
• Nukleinsäure-Chemie
• DNA-Katalyse
• Ribozyme und Aptamere
• Biomolekulare Markierungen
• Struktur und Mechanismus von funktionellen Nukleinsäuren und RNA-Protein-Komplexen

Die von Julian König geleitete Forschungsgruppe arbeitet daran, zu entschlüsseln, wie die RNA-Verarbeitung durch RNA-bindende Proteine und RNA-Modifikationen kontrolliert wird. Durch die Integration von transkriptomischen, biochemischen und funktionellen genomischen Ansätzen versucht die Gruppe, den regulatorischen Code der RNA zu entschlüsseln. Ihr oberstes Ziel ist es, Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung in ein Verständnis der menschlichen Physiologie und Krankheit umzusetzen.

Die Forschungsgruppe von Katharina Markmann untersucht die molekularen Mechanismen, die der systemischen Kontrolle der Endosymbiose von Pflanzenwurzeln mit Bakterien und Pilzen zugrunde liegen, sowie die Rolle regulatorischer kleiner RNAs (sRNAs) in diesem Zusammenhang. Darüber hinaus analysieren sie die Funktion systemisch mobiler sRNAs bei der Kontrolle der pflanzlichen Entwicklungsreaktionen auf biotische und abiotische Stimuli.

Biologische Schnittstellen:

• Bioresponsive Systeme (Diagnostik und Therapie)
• Pharmazeutische Funktionalisierung von Biomaterialien
• Zusammensetzung von Proteinen, chemischen Arzneimitteln und therapeutischen Gasen

Chemisch-physikalische Schnittstellen:

• Umwandlung von Arzneimitteln in ionische Flüssigkeiten

Das Rudel-Labor untersucht die molekularen Mechanismen, mit denen die weit verbreiteten humanpathogenen Bakterien Chlamydia trachomatis, Neisseria gonorrhoeae und Staphylococcus aureus Krankheiten verursachen. Die Forschung der Gruppe konzentriert sich auf die Interaktion dieser Erreger mit verschiedenen Wirtszellen. Dabei steht im Fokus, wie die normalen Funktionen der Zelle und die angeborene sowie zellautonome Immunabwehr gestört werden. Ein besonderer Fokus liegt auf der Rolle bakterieller (sRNAs) und menschlicher regulatorischer RNAs (microRNAs) bei Infektionsprozessen. Ziel der Forscher:innen ist es, invasive (Sepsis durch S. aureus; disseminierte Gonokokken-Infektion) und chronische Krankheiten (Chlamydien-Ovarialkarzinom-Verbindung) zu verstehen, indem sie neue Infektionsmodelle auf Basis künstlich hergestellter 3D-Gewebe verwenden.

Das Sharma-Labor konzentriert sich auf die Frage, wie sich bakterielle Krankheitserreger an sich verändernde Umgebungen anpassen und ihre Virulenz kontrollieren. Sie wollen die Mechanismen und Funktionen der Genregulierung durch kleine RNAs (sRNAs) und zugehörige RNA-bindende Proteine (RBPs) sowie kleine Proteine entschlüsseln. Ihre wichtigsten Modellorganismen sind der Magenerreger Helicobacter pylori und der verwandte, durch Lebensmittel übertragbare Erreger Campylobacter jejuni. Sie entwickeln und verwenden verschiedene Deep-Sequencing-Ansätze (z. B. RNA-seq, Ribo-seq, RIP-seq) für die globale Transkriptom- und Translatomanalyse und zur Untersuchung von RNA-Protein-Komplexen.

Mithilfe von Genomik, Genetik und biochemischen Ansätzen wollen sie RNA- und Proteinfaktoren wie RBPs und Ribonukleasen identifizieren und charakterisieren, die an der posttranskriptionellen Regulierung in bakteriellen Krankheitserregern beteiligt sind. Anhand von 3D-Infektionsmodellen, die auf Tissue Engineering basieren, untersuchen sie die Rolle von sRNAs, kleinen Proteinen und RBPs bei der Virulenz von H. pylori und C. jejuni. Darüber hinaus erforschen sie die Mechanismen und Funktionen bakterieller CRISPR-Cas-Immunsysteme, die zu neuen biotechnologischen Anwendungen führen.

Die von Alexander Westermann geleitete Forschungsgruppe untersucht molekulare RNA-basierte Mechanismen, die dem Zusammenspiel zwischen dem Wirt, eindringenden Krankheitserregern und der Mikrobiota des Wirts zugrunde liegen. Sie versuchen, potenzielle Moleküle und Stoffwechselwege zu identifizieren, die für Diagnostika und Therapeutika in Frage kommen.

Die Zarnack-Gruppe konzentriert sich auf das Verständnis der molekularen Mechanismen der RNA-Regulierung in menschlichen Zellen und darauf, wie deren Dysregulierung zu Krankheiten beiträgt. Mithilfe von Transkriptomdaten und fortschrittlicher Bioinformatik erforschen wir das komplizierte Zusammenspiel von RNA-bindenden Proteinen, RNA-Modifikationen und weiteren Faktoren in nukleären und zytoplasmatischen Prozessen, einschließlich alternativem Spleißen, 3'-Endverarbeitung, nukleärer Überwachung und RNA-Zerfall.

Harnwegsinfektionen, die durch gram-negative uropathogene Escherichia coli (UPEC) verursacht werden, sind weltweit eine der am weitesten verbreiteten und am häufigsten wiederkehrenden Infektionen. Bislang konzentrierte sich die Antiinfektiva-Forschung hauptsächlich auf die Bekämpfung der bakteriellen Ursachen. Ob eine Person für eine Infektion mit UPEC anfällig ist, hängt jedoch auch von Wirtsfaktoren ab. Daher bilden wirtsspezifische Therapeutika einen innovativen Ansatz für die Bekämpfung von UPEC. Ziel der Aguilar-Gruppe ist es, ein besseres Verständnis der Wirtssignalwege zu erlangen, die Infektion und Persistenz von UPEC in der Blase steuern. Die Forscher:innen verwenden von adulten Stammzellen abgeleitete Organoide und organoidbasierte Modelle, um den natürlichen Infektionsort genau nachzuahmen. Sie wollen spezifische Wirtsfaktoren und/oder -signalwege identifizieren und funktionell charakterisieren, die für die Infektion und Persistenz von UPEC im menschlichen Blasenepithel erforderlich sind. Dazu kombinieren die Wissenschaftler:innen Infektionsmodelle mit miRNome-Profiling (globale Analyse der Wirts-microRNA-Expression), Einzelzell-RNA-Sequenzierung und Gain/Loss-of-Function-Ansätze. Auf Grundlage dieses Wissens könnten neue wirtsbasierte therapeutische Ansätze zur Vorbeugung oder Behandlung von Harnwegsinfektionen entwickelt werden.

Die Backes-Gruppe untersucht RNA-basierte Mechanismen der Virulenz, Virusreplikation und der Abwehrmechanismen des Wirts.

Die Beusch-Gruppe erforscht Regulationsmechanismen, die den Aufbau des Spleißosoms steuern, ihm aber auch den Umgang mit seinem sehr vielfältigen Substratpool ermöglichen. Wir gehen dieses Problem mit einem interdisziplinären Ansatz an, indem wir Genetik und Genomik mit Molekularbiologie und Biochemie kombinieren. Indem wir ein detailliertes mechanistisches Verständnis des Spleißens und seiner Regulierung in der Zelle erlangen, können wir nicht nur die grundlegende eukaryontische Biologie verstehen, sondern auch, wie sich seine Dysregulation auf menschliche Krankheiten auswirkt.

Die Papadopoulos-Gruppe konzentriert sich auf das Verständnis der molekularen Mechanismen, die aggressive menschliche Krebsarten aufrechterhalten. Unser besonderes Interesse gilt der MYC-Onkoprotein-Familie und der Frage, wie ihre neu entdeckten Funktionen der RNA-Bindung DNA-Schäden abmildern und die Erkennung durch das Immunsystem in schnell wachsenden Krebszellen verhindern.

Das Ziel der Petri-Gruppe ist der Einsatz neuartiger RNA-gesteuerter Gen-Editierungs-Technologie zur Verbesserung von Immunzelltherapien. Zu diesem Zweck entwickeln wir a) neue RNA-gesteuerte Editierwerkzeuge, b) bewerten ihre Sicherheit mit modernsten molekularen Methoden und c) wenden sie zur Verbesserung von Immunzelltherapien an. Mit besonderem Augenmerk auf Krebserkrankungen wollen wir die Anwendung und Sicherheitsbewertung von RNA-gesteuerten Gen-Editierungs-Tools zur Erzeugung und Verbesserung von Immunzellprodukten für Krebspatienten optimieren.