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Mikrobiologie und Molekularbiologie - Forschung
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1. Pathobiologie von Aspergillus fumigatus

Während der letzten 20 Jahre haben Pilzinfektionen bei Menschen extrem zugenommen. Besonders gefährlich sind so genannte systemische Infektionen. Sie können durch den Blutkreislauf verbreitet werden und dann im gesamten Körper auftreten.

Die Abteilung erforscht den Pilz Aspergillus fumigatus, den wichtigsten, über die Luft verbreiteten human-pathogenen Pilz. Die schwerwiegendste Erkrankung, die dieser Pilz bei Menschen auslöst, ist die lebensbedrohende, invasive pulmonale bis generalisierte Aspergillose, eine Atemwegsinfektion, die den ganzen Körper erfassen kann. Für deren Therapie stehen bisher nur bescheidene Möglichkeiten zur Verfügung. Mit unserer Forschung wollen wir Grundlagen für die Verbesserung der Diagnostik und Therapie schaffen.

Neben Toxinen produzieren Pilze aber auch Stoffe, die als Antibiotika genutzt werden. Dazu gehört beispielsweise Penicillin. Unser Forschungsteam untersucht, wie die Produktion der Wirkstoffe von den Pilzen reguliert wird. Als Modell dient die insbesondere die Biosynthese von Penicillin, das der Pilz Aspergillus nidulans produziert. Im Verlauf dieser Untersuchungen konnten neue Prinzipien der Regulation von Genen entdeckt werden. Desweiteren versuchen wir, mit neuen molekularen Methoden „schlafende Gene“ von Pilzen zu aktivieren und so zu neuen Wirkstoffen zu gelangen.

2. Mikrobielle Kommunikation und Aktivierung stiller pilzlicher Sekundärmetabolismus-Gencluster

Pilze produzieren eine Vielzahl sekundärer Stoffwechselprodukte. Einige dieser Substanzen werden als Antibiotika genutzt, wie zum Beispiel die β-Lactame Penicillin und Cephalosporin oder Immunsuppressiva wie Cyclosporin. Andere Metabolite scheinen für die Virulenz humanpathogener Pilze bedeutsam zu sein. Neben der Identifizierung und Charakterisierung neuer Wirkstoffbildner befassen sich einige Projekte der Abteilung mit der Aufklärung molekularer Mechanismen der Regulation der Sekundärstoff-Biosynthese. So wird beispielsweise der Frage nachgegangen, unter welchen physiologischen Bedingungen bestimmte Gencluster exprimiert werden und welche regulatorischen Gene daran beteiligt sind. Genaue Kenntnisse der molekularen Regulation (Transkriptionsfaktoren, Regulons) bestimmter Biosynthesegene sind entscheidend für die Produktion sekundärer Naturstoffe. Die Aufklärung regulatorischer Prinzipien ermöglicht außerdem ein besseres Verständnis der Funktion und Evolution von Naturstoffen sowie des intra- und extrazellulären Signalaustausches bei Pilzen zu erlangen. Mit Hilfe von neuartigen „Genome mining"-Strategien werden in Kooperation mit der Abteilung Biomolekulare Chemie und dem Biotechnikum stille Gencluster von Pilzen aktiviert und neue Wirkstoffe charakterisiert. Insgesamt handelt es sich dabei um ein spannendes, sich schnell entwickelndes Wissenschaftsfeld zur Identifizierung neuer Wirkstoffe.

3. Eukaryotische Transkriptionsfaktoren und Signaltransduktion

Unser Ziel besteht in der Aufklärung von molekularen Mechanismen der Genregulation in filamentösen Pilzen durch Sequenz-spezifische Transkriptionsfaktoren und Kofaktoren. Dazu benutzen wir proteinbiochemische Methoden und Biosensor-Techniken, um die Assemblierung von Transkriptionsfaktor-Komplexen in Echtzeit zu analysieren. Unsere Arbeit konzentriert sich auf den CCAAT-bindenden Komplex (CBC).

In Aspergillus nidulans und A. fumigatus besteht der CBC aus den Untereinheiten HapB, HapC und HapE. Eine Vielzahl von Genen wird durch den CBC positiv oder negativ reguliert, darunter Gene, die an der Synthese von Sekundärmetaboliten und der Regulation der Eisenhomöostase beteiligt sind. In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Michael Groll (TU München) konnte die Kristallstruktur des CBC:DNA-Komplexes gelöst werden. Diese Daten führten zur Aufklärung eines neuen Mechanismus der CCAAT-spezifischen DNA-Erkennung.