Forschung

In vielen Ländern werden Insekten als Proteinquelle für die Ernährung oder die Fütterung und Zucht von Nutztieren eingesetzt, da sie aufgrund ihrer Genügsamkeit leicht auf einer Vielzahl von biologischen Substraten gezüchtet werden können. Die Schwarze Soldatenfliege (BSF), insbesondere ihre Larven, sind aufgrund ihrer Robustheit und hohen Umwandlungseffizienz von bis zu 70% in der Lage, eine Vielzahl von organischen Abfällen zu verarbeiten. Um jedoch optimale Wachstumsbedingungen für die BSF-Larven zu gewährleisten, ist es von immenser Bedeutung, das Fütterungssubstrat richtig zusammenzustellen. Aus diesem Grund werden schnelle und effiziente Analysemethoden entwickelt, die es ermöglichen, schnell Aussagen über den zugeführten organischen Abfallstrom zu treffen. Darüber hinaus wird die Eignung der Insektenbiomasse als Rohstoff für die Herstellung unterschiedlicher Materialien auf ihre physikalische und chemische Eignung getestet.

Das Spike Protein von HIV-1 ist mit einem Cluster von oligomannosidischen Glykanen versehen die neutralisierende Antikörpern (bnAbs) induzieren können. Während sich solche nAbs in einigen HIV-infizierten Personen autonom entwickeln können, sind alle Versuche derartige schützenden Antikörper durch Immunisierung zu generieren bisher gescheitert. Die methodischen Ansätze dazu basierten auf der Herstellung von oligomannosidischen Clustern, die an Trägerproteine gekoppelt wurden. Die Schwierigkeit, damit neutralisierende Antikörper zu erzeugen, liegt vor allem an der Immuntoleranz gegenüber diesen körpereigenen Kohlenhydrat-Strukturen. Im Projekt wird nunmehr versucht durch Verwendung von oligomannosidischen Mimetika diese Toleranzmechanismen auszuschalten und die Kohlenhydratantigene in einem "fremden" Milieu zu präsentieren um die Bildung von kreuz-reaktiven Antikörpern zu stimulieren. Im Vorprojekt konnte gezeigt werden dass entsprechende CRM197-konjugate mit hoher Avidität von einigen Oligomannose-spezifischen Antikörpern sowie auch von deren Keimbahnvarianten und von rekombinanten HIV-1 SOSIP Trimeren gebunden wurden. Für diese Aktivitäten ist jedoch der Zusatz von einem TLR4-stimulierenden Th1-Adjuvans (GLA-SE) erforderlich. Im Projekt sollen diese Arbeiten mit dem Schwerpunkt auf weitere Kohlenhydratmimetika und optimierten Immunisierungsexperimenten mit neuen Adjuvantien weiter vertieft werden. Die Ergebnisse sollten die Basis für künftige präklinische Studien liefern und einen Beitrag für neue HIV-Vakzinstrategien leisten.

Theoretischer Rahmen: Coproporphyrin III ist ein wichtiger Virulenzfaktor im Zusammenhang mit der Hautkrankheit Akne vulgaris, die durch eine Infektion mit dem monodermen Actinobakterium Cutibacterium acnes verursacht wird. Monoderme Bakterien nutzen den so genannten "Coproporphyrin-abhängigen" Häm-Biosyntheseweg. Auf diesem Weg katalysieren mehrere Enzyme die Bildung des Endprodukts Häm b. Zwei dieser Enzyme (CpfC und ChdC) sind in pathogenen C. acnes-Stämmen fusioniert. Zielsetzung: Der Einsatz modernster biochemischer und biophysikalischer Methoden zur Untersuchung verschiedener Konstrukte des pathogenen C. acnes CpfC-ChdC-Fusionsproteins (in voller Länge; nur N-terminale CpfC-Domäne; nur C-terminale ChdC-Domäne), aber auch von CpfC und ChdC (nicht fusioniert) aus nicht-pathogenen C. acnes-Stämmen wird tiefgreifende Erkenntnisse über Proteinfaltung, Interaktion und enzymatische Fähigkeiten liefern. Darüber hinaus werden modernste Strukturstudien eingesetzt, um das Enzym so vollständig wie möglich zu beschreiben und die sterischen Beschränkungen der Gesamtstruktur und der Architektur des aktiven Zentrums zu verstehen, die zur Sekretion von Coproporphyrin III führen können. Methoden: Die biochemische und biophysikalische Charakterisierung der ausgewählten CpfC-ChdC-Konstrukte und -Varianten wird mit Hilfe mehrerer spektroskopischer High-End-Methoden und kinetischer Charakterisierungen im stationären und vorstationären Zustand durchgeführt. Darüber hinaus werden wir hochmoderne strukturbiologische Methoden einsetzen, um die Struktur des Enzyms bis ins kleinste Detail zu verstehen. Innovation: Die Kombination unserer langjährigen Expertise zu CpfCs und ChdCs ist der perfekte Ausgangspunkt, um die molekularen Mechanismen und enzymatischen Unzulänglichkeiten zu untersuchen, die zur Produktion und Sekretion des sehr wichtigen Virulenzfaktors Coproporphyrin III führen. Die Kenntnis dieser zugrundeliegenden biochemischen Merkmale ist eine Voraussetzung für weitere Studien, einschließlich der Entwicklung künftiger Medikamente.