Datum: 16.08.2022
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AG Infektionsbiologie bakterieller Viren

Forschungsbereiche und –ziele der AG

Die weltweite „antibiotische Krise“ durch das Auftreten multi-resistenter Keime macht Bakteriophagen-basierte Infektionstherapien zukunftsweisend. Unser Team untersucht deshalb grundlegend mit biophysikalischen und molekularbiologischen Methoden die Infektionsmechanismen bakterieller Viren (Bakteriophagen) an ihren Wirtszellen. Dies ist ein zentraler Schritt im viralen Lebenszyklus und entscheidend für die erfolgreiche Therapie-Anwendung. Unsere Arbeiten zeigen erstmalig, dass physikochemische Eigenschaften der bakteriellen Membran den Phagen-Infektionsprozess steuern können. Kenntnisse über diese physikochemischen Grundlagen sind besonders wichtig, um therapeutisch wirksame Phagengemische zu entwickeln. Deshalb arbeiten wir derzeit auch an in vivo Modellen bakterieller Infektionen. Wir stützen uns dabei auf unsere Erfahrungen aus grundlegenden biophysikalischen Studien von Protein-Kohlenhydrat-Interaktionen, den initialen Kontaktstellen vieler Bakterienviren an pathogenen Erregern. 

Ziel ist die systematische Untersuchung von glykan-spezifischen Bindeproteinen in klinischen Kollektion antibiotika-resistenter Erreger und ihrer assoziierten Phagen und die molekulare Beschreibung bakterieller Polysaccharide, Biofilme und der in diesen Matrices aktiven Proteine. Auf dieser Grundlage entwickeln wir synthetische Pathogensensoren zur Schnelldiagnostik für individuell auf Patienten zugeschnittene antibiotische Therapien auf Basis von Bakteriophagen.

Mitglieder

  • Prof. Dr. Stefanie Barbirz, Professorin für Biochemie 
  • Dr. Brit Badewien-Rentzsch, Wissenschaftliche Mitarbeiterin 
  • Dr. Nina K. Bröker, Wissenschaftliche Mitarbeiterin HMU Health and Medical University
  • Dr. Caroline Herkner, Wissenschaftliche Mitarbeiterin 
  • Dr. Irina Malinova, Wissenschaftliche Mitarbeiterin 

Aktuelle Projekte

“It’s sweet to move on – bacteriophage infection and processing of glycan-based biofilms” 

Kooperationspartner:innen

  • Prof. Salvatore Chiantia (Universität Potsdam, Physikalische Biochemie)
  • Dr. Yvette Roske, Prof. Oliver Daumke (Max-Delbrück-Center for Molecular Medicine, Berlin. Department Structural Biology of Membrane-Associated Processes)
  • Prof. Abram Aertsen (Katholieke Universiteit Leuven, Belgien, Faculty of Bioscience Engineering, Department of Microbial and Molecular Systems)
  • Prof. Martin Loessner (ETH Zürich, Institut für Lebensmittelwissenschaften, Ernährung und Gesundheit, Lebensmittelmikrobiologie)
  • Dr. Carola Venturini (University of Sydney, Faculty of Science, Sydney School of Veterinary Science, The University of Sydney, Sydney, NSW, Australia)
  • DFG-SPP 2330 „New Concepts in Prokaryotic Virus-host Interactions – From Single Cells to Microbial Communities

Zentrale Publikationen

Venturini C, Petrovic Fabijan A, Fajardo Lubian A, Barbirz S, Iredell J (2022) Biological foundations of successful bacteriophage therapy. EMBO Mol. Med. doi: 10.15252/emmm.202012435

Malinova I, Zupok A, Massouh A, Schöttler MA, Meyer EH, Yaneva-Roder L, Szymanski W, Rößner M, Ruf S, Bock R, Greiner S. (2021) Correction of frameshift mutations in the atpB gene by translational recoding in chloroplasts of Oenothera and tobacco. The Plant Cell. doi: 10.1093/plcell/koab050

Irmscher T, Roske Y, Gayk I, Dunsing V, Chiantia S, Heinemann U, Barbirz S (2021) Pantoea stewartii WceF is a glycan biofilm modifying enzyme with a bacteriophage tailspike-like fold, J. Biol. Chem. 296, 100286. doi:10.1016/j.jbc.2021.100286

Stephan M, Broeker NK, Saragliadis A, Roos N, Linke D, Barbirz S (2020) In vitro analysis of O-antigen specific bacteriophage P22 inactivation by Salmonella outer membrane vesicles, Front. Microbiol. 11, 510638. doi:10.3389/fmicb.2020.510638

Kunstmann S, Engström O, Kang Y, Widmalm G, Santer M, Barbirz S (2020) Increasing the affinity of an O-antigen polysaccharide binding site in Shigella flexneri bacteriophage Sf6 tailspike protein, Chem. Eur. J. 26, 7263-7273. doi:10.1002/chem.202000495

Malinova I, Kössler S, Orawetz T, Matthes U, Orzechowski S, Koch A, Fettke J. (2020) Identification of two Arabidopsis thaliana plasma membrane transporters able to transport glucose 1-phosphate. Plant Cell Physiol. 1;61(2):381-392. doi: 10.1093/pcp/pcz206.

Dunsing V, Irmscher T, Barbirz*S, Chiantia S (2019) A purely polysaccharide-based biofilm matrix provides size-selective diffusion barriers for nanoparticles and bacteriophages, Biomacromolecules 20, 3842-3854. doi: 10.1021/acs.biomac.9b00938 *shared corresponding authorship

Broeker NK, Roske Y, Valleriani A, Stephan M, Andres D, Koetz J, Heinemann U, Barbirz S (2019)Time-resolved DNA release from an O-antigen–specific Salmonella bacteriophage with a contractile tail, J. Biol. Chem. 294, 11751-11761. doi:10.1074/jbc.RA119.008133

Kunstmann S, Fruth A, Buchwald S, Helm A, Barbirz S (2018) Bacteriophage Sf6 tailspike protein for detection of Shigella flexneri pathogens, Viruses 10 (8), 431. doi:10.3390/v10080431

Kunstmann S, Gohlke U, Broeker NK, Heinemann U, Santer M, Barbirz S (2018) Solvent networks tune thermodynamics of oligosaccharide complex formation in an extended protein binding site, J. Am. Chem. Soc. 140, 10447-10455. doi:10.1021/jacs.8b03719

Broeker NK, Kiele F, Casjens SR, Gilcrease EB, Thalhammer A, Koetz J, Barbirz S (2018) In vitro studies of lipopolysaccharide-mediated DNA release of podovirus HK620, Viruses 10 (6), 289. doi:10.3390/v10060289

Institutskoordinator:in

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