Forschungsschwerpunkte
Viren sind als mikrobielle Krankheitserreger eine der größten Ursachen für Infektionskrankheiten (COVID-19). Uns interessiert, wie sich behüllte Viren vermehren und dafür mit ihren Wirtszellen wechselwirken. Um die komplexen und dynamischen Prozesse der Reproduktion von Viren in zellulären Systemen zu visualisieren und zu messen, setzen wir moderne Methoden der hochauflösenden Lichtmikroskopie ein. Der Fokus liegt dabei auf respiratorischen Viren wie Corona- und Influenzaviren sowie Herpesviren. Besonders beobachten wir, wie diese Viren ihre Umgebung in infizierten Zellen strukturell verändern und neue Viruspartikel effizient zusammenbauen und verbreiten. Das Ziel ist es, unsere Beobachtungen und entwickelten Verfahren zur Lösung von medizinrelevanten Fragestellungen, wie z.B. der Optimierung von virus-basierten Impfstoffen, einzusetzen.
Virus-Wirt Interaktionen
Wenn Viren ihre Wirtszellen infizieren, formen sie die Strukturen in ihrer Wirtsumgebung um. Dies tun Viren vor allem, um die Wirtszellstrukturen für ihre Vermehrung nutzen zu können. Für verschiedene Viren möchten wir herausfinden, welche Strukturen der Wirtszelle besonders auf die Infektion reagieren, welche Strukturen die Viren für eine effiziente Replikation benötigen und wo der Zusammenbau von Viren stattfindet. Dafür beobachten wir simultan und systematisch virale Moleküle und Wirtszellstrukturen während der Infektion.
Beispiele für unsere Forschung sind:- die Etablierung eines fluoreszenten Reportervirus, um die von Herpes simplex virus 1 (HSV-1) verursachten Strukturveränderungen während des Replikationszykluses zu messen (Scherer et al., 2021)
- die systematische Untersuchung des Wirtszellumbaus während einer SARS-CoV-2 Infektion (Scherer*, Mascheroni* et al., 2022).
Molekulare Mechanismen der Virenvermehrung
Der Zusammenbau von Viruspartikeln in infizierten Wirtszellen ist der entscheidende Schritt bei der Herstellung neuen infektiösen Materials. Wir untersuchen für verschiedene Viren, wie dieser komplizierte und mehrstufige Prozess im Detail abläuft. Behüllte Viren wie Corona- und Herpesviren können die Lipidmembranen ihrer Wirtszellen umformen, damit diese als Plattformen zum koordinierten Zusammenbau der einzelnen Moleküle in funktionale Viren dienen. In Modellmembransystemen planen wir, die einzelnen Schritte des Zusammenbaus von Viruspartikeln nachzustellen, um die zugrundeliegenden biophysikalischen Prinzipien zu verstehen und wichtige Wechselwirkungen manipulieren zu können. Dies ist nützlich, um z.B. virus-basierte Technologien wie Vakzine zu optimieren oder Wechselwirkungen mit dem Immunsystem zu testen.
Hochauflösende Lichtmikroskopie
Mittels hochauflösender Methoden der Lichtmikroskopie entwickeln wir technologische Verfahren, um die Dynamik von viralen Infektionen in ihren Wirtszellen zu studieren. Mittels konfokaler und Weitfeldmikroskopie verfolgen wir Protein- und Virusbewegungen in infizierten Zellen (z.B. für SARS-CoV-2 und HSV-1). Durch Expansionsmikroskopie - eine neue Technik der Aufbereitung von biologischen Proben - können wir die durch Virusinfektion veränderten Wirtszellstrukturen in hoher Auflösung abbilden (Mascheroni*, Scherer* et al., 2020). Wir arbeiten außerdem in Kooperation mit Mikroskopentwicklern daran, viele verschiedene Farbkanäle simultan abbilden und damit die vielzähligen Interaktionen während der Virusreplikation besser verstehen zu können.
Interesse geweckt? Wir bieten aktuell Themen für Bachelor- und Masterarbeiten sowie Laborübungen:
- Aufbau eines 3D-Zellkultursystems zur Untersuchung der Virusübertragung durch Zell-Zellkontakte.
- Entwicklung von Markierungsmethoden einzelner Virus- und Wirtszellproteine in lebenden Zellen.
- In vitro Expression und Aufreinigung von viralen strukturellen Proteinen zur Untersuchung der Virusassemblierung.
Bei Interesse und um mehr Details zu erfahren, kontaktieren Sie Dr. Katharina Scherer.
Publikationen
Hier finden Sie eine Liste unserer bisher publizierten Paper.
Mitglieder
Hier finden Sie eine Liste der aktuellen Mitglieder der Arbeitsgruppe.