„EinBlick in die Forschung“ von Dr. Volker Winstel

Der Mukoviszidose e.V. fördert viele unterschiedliche Forschungsprojekte zur Mukoviszidose. Mit unserer Reihe „EinBlick in die Forschung“ möchten wir mit Euch einen Blick in die Projekte der von uns geförderten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler werfen. Heute stellen wir Euch das Projekt von Dr. Volker Winstel vor, der mit seiner Arbeitsgruppe aktuell zu einer besonders schwer therapierbaren Variante von Staphylococcus aureus (S. aureus), der Variante SCV (Small Colony Variant), forscht. Die Wissenschaftler identifizieren essentielle Wachstumsfaktoren von SCV und testen Hemmstoffe für diese Faktoren auf Wirksamkeit und Verträglichkeit. Dies könnte neue Therapieansätze jenseits der Antibiotikatherapie ermöglichen. Der Mukoviszidose e.V. fördert das Projekt im Rahmen seiner Forschungsförderung mit 184.065 Euro.

Welche Frage(n) soll Ihr Projekt beantworten?

Infektionen der unteren Atemwege und Lunge durch S. aureus Kleinkolonievarianten (SCVs), einem persistierenden, also dauerhaft in der Lunge verbleibenden, und äußerst schwer therapierbaren Subtyp von S. aureus, stellen bei Patienten mit Mukoviszidose ein ernstzunehmendes Problem dar und stehen entsprechend oft mit ungünstigen klinischen Verläufen in Verbindung. Daher ist es unser Ziel, essentielle Wachstumsfaktoren von SCVs zu identifizieren und durch ein innovatives und Antibiotika-unabhängiges Therapiekonzept zu neutralisieren, um zukünftig Infektionen durch diese Staphylokokken-Varianten im Atemtrakt von CF-Patienten verhindern zu können. Gleichzeitig sollen diese essentiellen bakteriellen Faktoren aber auch durch eine breit angelegte Hochdurchsatzanalyse von klinischen SCVs Isolaten in einer Biomarker-Datenbank katalogisiert werden, um so auf lange Sicht nicht nur eine alternative und medizinisch effizientere Behandlungsstrategie für hospitalisierte und mit S. aureus infizierte Mukoviszidose-Patienten konzipieren zu können, sondern Infektionsverläufe bei schwer erkrankten Individuen auch besser und gezielter prognostizieren zu können.

Warum sind diese Fragen wichtig?

Durch die Entwicklung von CFTR-Modulatoren konnten in den letzten Jahren große Fortschritte in der Behandlung von CF-Patienten erzielt werden. Nichtsdestotrotz tragen chronische Atemwegsinfektionen durch multiresistente Problemkeime wie S. aureus weiterhin zu hohen Erkrankungsraten und schlechten klinischen Verläufen bei Patienten mit Mukoviszidose bei. Insbesondere dauerhafte und wiederkehrende Infektionen durch Antibiotika-tolerante SCVs sind in betroffenen CF-Individuen oftmals nur schwer behandelbar und daher häufig mit einer Verschlimmerung der klinischen Gesamtsituation assoziiert. Gleichzeitig sind solche SCVs aufgrund ihres außergewöhnlichen Lebenszyklus sowie spezieller Eigenschaften schwieriger zu diagnostizieren, was Fehlinterpretationen zulässt und somit Therapiemaßnahmen bei mit S. aureus Kleinkolonievarianten infizierten Mukoviszidose-Patienten erschweren kann. Entsprechend werden dringend auf den Krankheitserreger optimierte und vor allem Antibiotika-unabhängige Wirkstoffe im Kampf gegen SCVs benötigt, welche den Erreger durch Neutralisation von essentiellen und lebensnotwendigen Wachstumsfaktoren gezielt ausschalten können.

Welchen Nutzen erwarten Sie für CF-Patienten?

Durch unsere Arbeiten erhoffen wir uns, eine neuartige und Antibiotika-freie Therapiemaßnahme für die Bekämpfung von S. aureus SCVs bei Menschen mit Mukoviszidose etablieren zu können. Ein solches Therapieprinzip könnte aus medizinischer Sicht äußerst wertvoll sein, da durch eine Antibiotika-freie Therapie die bakterielle Normalflora der Atemwege von Mukoviszidose-Patienten intakt bleibt und somit die Besiedelung und Infektion durch weitere klinisch relevante und Antibiotika-resistente Erreger in CF-Lungen verhindert werden kann. Dementsprechend leistet die Etablierung einer solchen Erreger-optimierten Therapiestrategie in Kombination mit der Katalogisierung SCVs spezifischer Biomarker einen wichtigen Beitrag zu der Initiierung klinischer Studien bei mit S. aureus Kleinkolonievarianten infizierten CF-Patienten. Schlussendlich bilden unsere Arbeiten und die damit verbundene therapeutische Ausbeutung der Achillesverse von SCVs auch die Grundlage für die Entwicklung neuer Therapiestrategien im Kampf gegen andere CF-relevante und multiresistente Erreger wie Pseudomonas aeruginosa, Haemophilus influenzae oder Burkholderia cepacia.

Welche Experimente führen Sie zur Beantwortung Ihrer Fragen durch?

Im Rahmen unserer experimentellen Arbeiten verwenden wir ein sehr breites Spektrum an Methoden der Mikrobiologie, Biochemie, Genetik und Zellbiologie. So verwenden wir beispielsweise ein dreidimensionales (3-D) und CF-imitierendes Lungenorganoid-Infektionsmodel, um eine robuste und möglichst realitätsgetreue CF-Atemwegsinfektions-Testplattform zu entwickeln. Gleichzeitig kombinieren wir dieses Modell mit CRISPR/Cas9 Mutagenese sowie mit hochauflösenden 3-D Lebend-Zell-Mikroskopieverfahren, um die Pathologie des respiratorischen Traktes von Menschen mit Mukoviszidose unter in vitro-Bedingungen experimentell nachahmen zu können. Da wir durch unsere Studie auch neue Therapiemaßnahmen etablieren möchten, verwenden wir ferner auch spezielle Screening-Verfahren, um Erreger-spezifische Medikamente identifizieren zu können, welche dann in einer späteren Phase unserer Arbeiten in verschiedenen in vitro- und in vivo- Modellen auf ihre Wirksamkeit gegenüber S. aureus SCVs überprüft werden.

Warum haben Sie sich beim Mukoviszidose e.V. um eine Projektförderung beworben?

Der Mukoviszidose e.V. und wir verfolgen das gemeinsame Ziel, die Forschung auf dem Gebiet der Mukoviszidose zu stärken, um Menschen mit dieser Krankheit zukünftig besser helfen zu können. Gleichzeitig leistet der Mukoviszidose e.V. exzellente Presse- und Öffentlichkeitsarbeit - ein Konzept, welches sich mit unseren Prinzipien und Forschungsgegenständen hervorragend vereinbaren lässt.

Vielen Dank für das Interview und viel Erfolg bei dem Projekt!
Wir werden das Projekt mit unserer Berichterstattung weiter begleiten.

Das Interview führte Carola Wetzstein.

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