For­schungs­grup­pe Elek­tro­nen­mi­kro­sko­pie von Pa­tho­ge­nen

Die Forschungsgruppe „Elektronenmikroskopie von Pathogenen“ wird von der Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE) im Rahmen des LOEWE-Zentrums DRUID gefördert, welches ein hessisches Programm zur Förderung von Spitzenforschung darstellt. Neben der Forschung stellt die Gruppe die Mikroskopie-Plattform bereit. Im Rahmen der Forschungsprojekte werden Methoden etabliert, die den Nutzerinnen und Nutzern der Plattform zur Verfügung stehen.

Forschungsschwerpunkte

Unsere Forschungsgruppe interessiert sich für die Replikation intrazellulärer Pathogene, insbesondere Viren. Da Viren auf Zellen angewiesen sind, um sich zu vermehren, kann das Verständnis des Replikationszyklus von Viren helfen, diese zu bekämpfen (Krijnse Locker, 2022). Als Modell nutzt unsere Forschungsgruppe große DNA-Viren, speziell das Pocken-Impfvirus Vaccinia (VACV). VACV wurde in den 1970er Jahren zur Impfung gegen das humane Pockenvirus (Variola-Virus) benutzt, was zur Ausrottung der Pocken führte. Rekombinante VACV werden heutzutage als Vektor-Impfstoffe gegen andere Pathogene und in der Krebstherapie genutzt.

Ein Schwerpunkt ist es zu verstehen, wie Pockenviren ihre Hülle erhalten (Sodeik und Krijnse Locker, 2002). Da die Konservierung von Membranen für die Elektronenmikroskopie (EM) eine Herausforderung darstellt, erfordern diese Studien die Anwendung von komplementären EM-Methoden (Chlanda und Krijnse Locker, 2017). Mit einer Kombination aus Kryo- und 3D-EM konnten wir zeigen, dass ein kleines Protein des VACV essenziell für die korrekte Organisation des Gerüstproteins, und damit die virale Membran, ist (Tonnemacher et al., 2022). Diese EM-Methoden werden auch angewandt zur Charakterisierung von Membranveränderungen, induziert durch andere Viren. Beispiele sind das HIV (Welsch et al., 2007), Dengue-Virus (Welsch et al., 2009), Hepatitis-C-Virus (HCV; Romero-Brey et al., 2012) als auch SARS-Coronavirus-2 (SARS-CoV-2).

Abbildung 1: EM-Aufnahmen unterschiedlicher Erreger. Dünnschnitte einer Zelle infiziert mit Pocken (o.l.), Salmonelle (o.r.), einer Zelle infiziert mit HIV (u.r.) und intaktes SARS-CoV-2 (u.l.). Maßstabsbalken: 500 nm, SARS 50 nm Quelle: Paul-Ehrlich-Institut

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Untersuchung des Eintritts von VACV früh in der Infektion. Da der Eintritt selten und dynamisch ist (Quemin et al., 2018), wird hierfür die korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie (CLEM) genutzt.  Die Lichtmikroskopie (LM) erschafft dabei einen Überblick der Ereignisse, die dann im EM durch Korrelation hochauflösend dargestellt werden (Sartori-Rupp et al., 2019). Dieser CLEM-Workflow wurde in einer Studie über den Abbau von HIV (Blanco-Rodriguez et al., 2020) veranschaulicht.

Abbildung 2: Schematische Darstellung von CLEM. Zellen werden auf EM-Netzchen ausgesät und mit fluoreszierenden Viren infiziert. Eine Stunde nach Infektion werden die Zellen so schnell eingefroren, dass keine Eiskristalle in der Probe entstehen. Die Positionen der Viren in den Zellen werden im Cryo-CLEM (Kryo-Fluoreszenzmikroskop) registriert. Diese Positionen werden durch Korrelation im Kryo-Mikroskop dargestellt und analysiert. Quelle: Darstellung von Weber et al. (2019, https://www.mdpi.com/2073-4409/8/1/57); CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/); Ausschnitt aus dem Original

Mikroskopie-Plattform

Neben der Forschung stellt die Gruppe auch die Mikroskopie-Plattform zur Verfügung. Hierzu ist die Plattform mit mehreren modernen Licht- und Elektronenmikroskopen ausgestattet. Die Plattform bietet außerdem moderne Geräte für die EM-Probenvorbereitung, einschließlich eines Arbeitsablaufs für Kryo-EM. Die Plattform bietet sowohl technische als auch wissenschaftliche Unterstützung, um spezifische Fragen unserer Nutzerinnen und Nutzer zu beantworten.

Abbildung 3: Beispiele der Geräte der Mikroskopie-Plattform. Die Mikroskopie-Plattform stellt viele unterschiedliche Mikroskope und bietet Unterstützung bei deren Nutzung. Quelle: links: Paul-Ehrlich-Institut; rechts: Sascha Mannel

Forschungsgruppenleitung

Prof. Dr. Jacomine Krijnse Locker
LOEWE-Professur für Vernachlässigte Infektionskrankheiten/Bildgebende Verfahren
Publikationen
Telefon: +49 6103 77 2011
E-Mail: Jacomina.KrijnseLocker@pei.de

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