Forschung

Unsere langfristige Vision ist es, rekombinante Proteine routinemäßig als einzelne definierte Glykoformen herzustellen, ohne dass eine genetische Manipulation erforderlich ist. Dies wird für Glykane funktionell das Äquivalent zur "site-specific" Mutagenese sein. Wir werden dies anhand der Herstellung therapeutisch relevanter Proteine mit homogenen vordefinierten N-gebundenen Glykoformen demonstrieren. Unser Ansatz ist ein radikal neues Konzept zur Manipulation von Zellfunktionen. Wir werden rechnerisch definierte Mischungen enzymspezifischer Inhibitoren einsetzen, um die Aktivität von Glykosyltransferasen und damit die Glykane auf sekretierten Proteinen wie Antikörpern und Hormonen einzustellen. Unser Ansatz mit der Bezeichnung „Inhibitor-Mediated Programming of Glycoforms“ (IMProGlyco) wird eine wirksame Strategie zur Manipulation dieser Enzyme und damit zur Bereitstellung definierter Mischungen glykosylierter Proteine bieten. Diese Strategie wird anpassungsfähig und auf andere Zelltypen und Organismen ausdehnbar sein und dadurch eine skalierbare Produktion von hochspezifischen rekombinanten Biomolekülen ermöglichen. Die Bereitstellung dieser Biomoleküle wird sowohl die Herstellung von Hochleistungs-Biotherapeutika als auch die Modulation von Zellfunktionen sowie grundlegende Studien über die Auswirkungen von Variationen der Glykosylierungsmuster in Laborstudien ermöglichen.

Die Aufrechterhaltung der Mundgesundheit beruht maßgeblich auf dem empfindlichen Gleichgewicht innerhalb des oralen Mikrobioms. Das als Probiotikum gehandelte Bakterium Streptococcus dentisani und Rothia-Arten sind integrale Mitglieder dieser mikrobiellen Gemeinschaft und spielen eine zentrale Rolle in der oralen Ökologie und Gesundheit. Es wurde gezeigt, dass beide dem kariogenen Pathogen Streptococcus mutans entgegenwirken und somit zur Aufrechterhaltung der oralen Homöostase beitragen. S. mutans produziert ein Lipopeptid namens Mutanobactin, für das eine wachstumshemmende Wirkung auf verschiedene Mitglieder der oralen Biofilm-Gemeinschaft beobachtet wurde. Diese Studie untersucht die potenziellen hemmenden Effekte des Lipopeptids Mutanobactin speziell auf gesundheitsassoziierte Spezies mit Fokus auf S. dentisani, R. aeria, R. dentocariosa und R. mucilaginosa. Durch eine Reihe von planktonischen und Biofilm-Wachstumsassays, Kokultursystemen und multispezifischen Biofilm-Assays beleuchten wir die Interaktionsdynamik zwischen S. mutans und S. dentisani/Rothia-Arten sowie die Rolle von Mutanobactin D in diesem Prozess. Unsere Ergebnisse unterstreichen die feinen Wechselwirkungen zwischen mikrobiellen Akteuren und der Mundgesundheit und bieten Einblicke in die Entwicklung neuer Strategien zur Modulation des oralen Mikrobioms und zur Krankheitsprävention.

Die Heilungsrate bei der Behandlung von Osteosarkom (OS), einer aggressiven Krebsart mit vielen Todesfällen in betroffenen Kindern und Jugendlichen, hat sich in den letzten 40 Jahren nicht verbessert. In Anbetracht der beträchtlichen Anzahl von OS-assoziierten Mutationen und Möglichkeiten durch innovationsgetriebene personalisierte T Zell Therapien mit immer besser werdendem Heilungspotential ist solch ein Stillstand nicht weiter akzeptabel. Als therapeutischer Angriffspunkt werden OS-assoziierte Tumorantigene auf der Oberfläche der Tumorzellen abgebildet, und zwar als kurze Peptide, die auf MHC Molekülen präsentiert und von tumorinfiltrierenden CD4+ Helfer T Zellen und CD8+ zytotoxischen T Zellen (CTLs) erkannt werden können. CTLs, die mit dem entsprechenden T Zell Rezeptor (TCR) ausgestattet sind, können Zielzellen eliminieren, selbst wenn diese nur ein einziges Antigen präsentieren. Auf Grund der Komplexitäten, die die Interaktionen zwischen OS und dem T Zell Kompartment charakterisieren, sowie auch der Limitierungen der TCR-Reaktivität durch die negative Selektion im Thymus, prophezeien wir, dass bahnbrechende Errungenschaften eine perfekt abgestimmte multidisziplinäre Herangehensweise erfordern. Deswegen wird unser Team seine breite Expertise in den Bereichen der Krebsbiologie, der T Zell und molekularen Immunologie, sowie in der Biotechnologie und Systembiologie kombinieren. Wir werden personalisierte OS-assoziierte Antigene und deren passende TCRs, sowie T Zell- und OS-intrinsische Regulationsmechanismen, die Resistenzmechanismen zugrunde liegen, identifizieren. Dieser Ansatz wird letztendlich ermöglichen, autologe CTLs mit verbessertem Potential zur Tumoreliminierung zu entwickeln. Zu diesem Zweck werden wir rekombinante tumor-angereicherte TCRs herstellen, die aus TILs aus OS-Patienten isoliert wurden. Mit diesen TCRs werden anschließend Hefe-präsentierte Peptid-MHC Bibliotheken nach den passenden Peptidantigenen durchsucht. In einem komplementären Ansatz werden wir zuerst T Zell Epitope nach ihrem Potential zur Tumorerkennung klassifizieren und danach die entsprechenden TCRs identifizieren. Nach funktioneller Validierung von TCR-Antigen Paaren in vitro, in Tumorproben und in vivo werden wir computergestützte, biophysikalische und protein-basierte Herangehensweisen kombinieren um funktional verbesserte und patientenspezifische TCRs zu generieren. Parallel dazu werden wir Strategien zur OS-Präkonditionierung und zur Generierung von T Zellen, die widerstandsfähig gegenüber der immunsuppressiven Umgebung im Tumor sind, entwickeln. Mit CRISPR-Cas9 und DNA-Barcode-basierten Screens werden wir T Zell- und OS-intrinsische Mechanismen der Immunresistenz entschlüsseln. Wir werden uns auf OS-spezifische Strategien fokussieren, um mit der Oberflächenexpression und TCR-Zugänglichkeit von MHC Klasse I zu interferieren. Außerdem wollen wir T Zell- und OS-intrinsische Signalwege identifizieren, die die Antigensensitivität und Effektorfunktionen von CTLs beeinflussen. Wir erwarten, dass wir das Fundament für eine heilende OS Behandlung in Österreich und auch anderswo legen und Pionierarbeit für effektive und gut verträgliche Therapien für solide Tumore leisten.