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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-11-01 - 2023-10-31

Mikroorganismen, wie zum Beispiel filamentöse Pilze, sind eine reichhaltige Quelle für bioaktive Substanzen. Einige dieser Verbindungen können in Medikamente weiterentwickelt und als Antibiotika, in Therapien gegen Krebs bzw. chronischen Entzündungen oder anderen Behandlungsgebieten eingesetzt werden. Die steigende Resistenz von Mikroorganismen gegen diverse Antibiotika und der Bedarf an neuen Therapien gegen schwer heilbare Erkrankungen macht es notwendig, neuartige bioaktive Substanzen zu entdecken und weiterzuentwickeln. Bioinformatische Analysen von mikrobiellen Genomen berechneten, dass sogar in sehr gut erforschten Gattungen wie zum Beispiel Aspergillus sp. weit mehr genomische Baupläne für solche Substanzen (auch Sekundärmetaboliten genannt) existieren, als derzeit bekannt. Der Grund hierfür liegt darin, dass diese Substanzen nur unter bestimmten Bedingungen von den Mikroorganismen hergestellt werden und die natürlichen Auslöser unbekannt sind, oder im Labor nicht nachgeahmt werden können. Obwohl viele verschiedene methodische Ansätze existieren, um solche „kryptischen“ biosynthetischen Gengruppierungen gezielt zu aktivieren, bleibt ihr Anwendungsbereich jedoch auf solche Gengruppierungen beschränkt, welche ein Gen für einen spezifischen Transkriptionsfaktor (Genregulator) beinhalten. Diese Gene fehlen jedoch in 50 % aller Sekundärmetabolit-Gengruppierungen. Um dennoch in der Lage zu sein, diese reichhaltige Quelle an möglichen bioaktiven Substanzen anzuzapfen, wollen wir in diesem Projekt einen synthetischen RNA-geleiteten Genaktivator entwickeln und zum Einsatz bringen. Dieser Genaktivator besteht aus einer enzymatisch inaktiven Variante der Endonuklease Cas9 (dCas9), welche an den dreiteiligen Genaktivator VPR gekoppelt ist (VPR-dCas9). Dieses Fusionsprotein ist in der Lage mehrere Gene gleichzeitig zu aktivieren. Diese Gene können gezielt angesteuert werden, indem die Fusionsproteine mit sogenannten RNA-Molekülen (guide RNAs) beladen werden, welche spezifisch für die individuellen Gene sind. Abgesehen von der gleichzeitigen Aktivierung kann auch das Aktivierungspotential der einzelnen Gene über die Positionierung der guide RNA im Bereich des Zielgens gesteuert werden. Initiale „Proof of Concept“ Experimente zeigen, dass die gezielte Aktivierung von einzelnen Genen in Aspergillus nidulans mittels VPR-dCas9 funktionieren. Nach der erfolgreichen Etablierung der VPR-dCas9 mediierten Aktivierung mehrerer Gene in Aspergillus nidulans werden wir kryptische Sekundärmetabolit-Gengruppierungen aktivieren. Deren metabolische(s) Endprodukt(e) (i.e. bioaktive Substanz(en)) werden anschließend strukturell analysiert (NMR) und die Bioaktivität gegen Indikator-Keime, menschliche (Krebs-) Zelllinien und in Bezug auf entzündungshemmende Wirkungen getestet. Dieses Projekt soll den Grundstein dafür legen, mittels dem entwickelten System neuartige bioaktive Substanzen aus einer Großzahl von filamentösen Pilzen zu isolieren und zu charakterisieren.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2019-11-01 - 2023-10-31

Pilze sind für das Funktionieren des natürlichen Nährstoffkreislaufes auf der Erde essentiell und sie spielen daher in der Bodenbiologie und im Abbau von Pflanzenbiomasse eine wesentliche Rolle. Es ist wichtig zu erwähnen, dass der allergrößte Anteil von Pflanzenkrankheiten durch Pilze verursacht wird, was diese Organismengruppe auch zu ökonomisch wichtigen Mikroorganismen macht. In all ihren Habitaten müssen Pilze mit anderen Mikroben um Nährstoffe, Wasser und Platz konkurrieren und eine Möglichkeit dies zu tun besteht darin, seine eigenen Ressourcen durch die Abgabe von bioaktiven Stoffen wie Antibiotika oder Mycotoxine zu schützen. Vor einigen Jahren haben entdeckt, dass die Produktion dieser Metaboliten in Pilzen unter epigenetischer Kontrolle steht und gemeinsam mit unseren Forschungspartnern haben wir zeigen können, dass die Interaktion zwischen Bakterien und Pilzen auf dieser Ebene funktioniert. Die Bakterien sind sozusagen in der Lage, die epigenetische Sprache der Pilze so zu verändern, dass diese ihre bioaktiven Stoffe erst in der Lage sind zu bilden. In dem vorliegenden Forschungsprojekt wollen wir nun diesen Mechanismus besser verstehen und werden einen der wesentlichen Regulatoren genau untersuchen. Das Protein gehört zur Familie der Histon-Demethylasen und wir werden genetische, genomische und biochemische Methoden einsetzen um seine Funktion im Zusammenhang mit der Antibiotika- und Toxinproduktion besser zu verstehen. Das Ergebnis dieses Projektes wird nicht nur ein genaueres Bild von der Funktion des epigenetischen Regulators während des Pilzwachstums zeichnen sondern auch die Funktionsweise der einzelnen Domänen dieses Regulators besser verständlich machen. Da ähnliche Proteine im Menschen bei unterschiedlichen Tumoren in höherer Konzentration vorliegen ist eine Beteiligung bei der Tumorentstehung sehr wahrscheinlich.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2019-05-01 - 2021-04-30

Ziele des Projektes In Phase I des Projekts soll ein Biosensor für Androgene auf Basis des Aspergillus nidulans – Systems etabliert und validiert werden. Die Verwendung dieses Pilzes hat sich schon für den Nachweis von östrogenaktiven Verbindungen in Ausscheidungen von Rindern und Pferden bewährt. Als Validierung des Testsystems wird zuerst eine Standardkurve etabliert und dann die Reaktion des Testsystems mit verschiedenen bekannten Androgenen untersucht. In weiterer Folge wird getestet, ob das Testsystem mit anderen Steroiden (Gestagenen, Glukokortikoiden oder Östrogenen) reagiert. In Phase II sollen dann Kotproben von Rindern, Schweinen und Pferden in verschiedenen Reproduktionsphasen auf den Androgengehalt im Kot untersucht werden und erhoben werden, in welchem Ausmaß das Mikrobiom des Darms Androgene bildet (Lagerungsversuche der Proben). Weiters soll festgestellt werden, ob Mikroorganismen auch bei der Lagerung von Kot, Harn oder Gülle androgenwirksame Verbindungen bilden oder ob es zum Abbau dieser Substanzen kommt. Die Proben werden ähnlich wie bei Horak und Möstl (2013) beschrieben zu Vergleichszwecken auch mit immunologischen Methoden (Enzymimmunoassays) untersucht.