Zielsetzung:
Flusskrebse sind Ökosystemingenieure und haben als solche einen großen Einfluss auf die biologische Vielfalt von Süßgewässern und das Funktionieren von Ökosystemen. Leider sind die Populationen der einheimischen Flusskrebse in ganz Europa stark rückläufig. Die größte Bedrohung für die Krebse sind die zunehmenden Populationen invasiver nordamerikanischer Krebse, die Überträger des Erregers der Krebspest, Aphanomyces astaci, sind. Dieser Oomycet gehört zu den 100 schlimmsten invasiven Arten weltweit und hat zur Ausrottung ganzer Flusskrebspopulationen in Europa geführt, was massive Auswirkungen auf das Funktionieren von Ökosystemen hat. Daher ist die Untersuchung der Frage, wie europäische Flusskrebse der Krebspest widerstehen können, von großer ökologischer Bedeutung für Deutschland und Europa.
Lange Zeit wurde allgemein angenommen, dass wirbellosen Tieren ein Immungedächtnis fehlt. Bei Krebstieren wurden jedoch erste Beweise für ein Immungedächtnis durch Immune-Priming-Experimente erbracht. Der übergreifende Mechanismus hinter diesem Phänomen des Immungedächtnisses ist höchstwahrscheinlich mit epigenetischen Prozessen verbunden, d. h. mit Veränderungen, die auf der Ebene der Genexpression wirken. Das maternale transgenerationale Immunpriming (mTGIP) ist ein solcher epigenetischer Mechanismus, bei dem die Weibchen ihre Nachkommen auf die Abwehr von Krankheitserregern vorbereiten, mit denen sie selbst bereits in Berührung gekommen sind. Dieses mTGIP löst bei den Nachkommen die Expression bestimmter Abwehrgene aus, was zu einer ähnlichen Immunabwehr führt wie bei der Mutter.
Unser Forschungsziel ist daher die Entwicklung und Anwendung eines Impfstoffs für weibliche Edelkrebse (Astacus astacus), der ihre Nachkommen durch mTGIP gegen die Krebspest schützt.
Obwohl die Krebspest seit Jahrzehnten große ökologische Schäden in Deutschland und Europa anrichtet, wurde eine Behandlung zur Erzeugung einheimischer Krebse mit gestärktem Immunsystem bisher noch nicht erprobt. Die Verfügbarkeit von krebspestresistenten Besatzkrebsen würde den langfristigen Erfolg der Bewirtschaftungsmaßnahmen deutlich verbessern. Daher kann die vorgeschlagene Impfmethode als hoch innovativ und ökologisch relevant eingestuft werden. Ein positives Ergebnis dieses Impfansatzes wäre ein Meilenstein für die Bewirtschaftung von Süßwasserkrebsen, da es den Erfolg von Besatzmaßnahmen massiv steigern würde.
Pflanzen verfügen über vielfältige Mechanismen zum Schutz vor Pathogenbefall oder Umweltstress. Dabei weisen pflanzliche Abwehrsysteme Ähnlichkeiten zum angeborenen Immunsytem von Säugern auf, bei dem Stickoxid (NO) eine Schlüsselrolle spielt. Auch in Pflanzen finden sich wichtige Komponenten der durch NO induzierten Signalübertragung. NO aktiviert Abwehrgene und ist beteiligt an programmiertem Zelltod und an der Abwehr von Pathogenen. Das vorgeschlagene Projekt hat zum Ziel, die Signalübertragung durch NO in Tabak und Arabidopsis zu erforschen und die Rolle von NO bei der Abwehr von Pathogenen zu klären. (1) Ein Schwerpunkt soll in der Aufklärung der Signalübertragung durch NO und der Aktivierung von Abwehrgenen liegen. Es soll geklärt werden, ob NO als mobiles Signal dient, und ob andere Signalmoleküle (z.B. Salicylsäure) in die NO-Signalübertragung integriert sind. (2) Um die Bedeutung von NO für die Regulation von Abwehrmechanismen zu klären, sollen Expressionsprofil und Expressionsdynamik von NO-induzierten Genen durch DNA-ChipTechnologie analysiert werden. Diese neuartige Technik wird auch Aufschluss über eine etwaige Vernetzung der NO-Signalübertragung mit pflanzlichen Hormonsystemen liefern. Die Erforschung der Signalübertragung durch NO in Pflanzen kann unser Verständnis von Resistenzmechanismen vertiefen und zur Entwicklung pathogen-resistenter Pflanzen beitragen.
Im Institut fuer Medizin (IME) wurde ein 3-Compartmentmodell der Phagozytose eines 99m-Tc-markierten Testcolloids in v. Kupfferschen Sternzellen der Leber des Menschen entwickelt. Durch Compartmentanalyse koennen die entsprechenden Uebergangsraten sowie der Zeitverlauf der Phagozytose beim Menschen in vivo bestimmt werden. Es werden Patienten mit metastasierenden Tumoren und Erkrankungen, an denen das Immunsystem beteiligt ist, untersucht.
Aktuelle Klimamodelle prognostizieren bis zum Jahr 2100 einen Anstieg der Lufttemperaturen im globalen Durchschnitt um 1-4°C. Ziel dieses Projektes ist es den Einfluss des Klimawandels auf Pflanze-Pathogen Interaktionen und im speziellen auf das pflanzliche Immunsystem zu studieren um die Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen gegen Krankheiten in einem sich verändernden Klima zu verbessern. Wir werden die Auswirkungen des Klimawandels auf die Immunität von Nutzpflanzen an isogenen Paprika-Genotpyen untersuchen, die funktionell unterschiedliche klonierte Resistenzgene (R/r) tragen. Wir werden drei verschiedene Arten von r/R-Genen untersuchen: 1) NLR-Typ R-Proteine, die am häufigsten vorkommende R-Protein-Klasse, welche mikrobielle Effektorproteine erkennen und Immunreaktionen auslösen, die typischerweise eine hypersensiblen Zelltodreaktion (HR) der Pflanze bedingen. 2) R-Gene vom Executor-Typ, die mikrobielle Effektorproteine über Bindelemente ihrer Promotoren erkennen, was Expression des Executor-R-Gens bedingt und eine HR auslöst. 3) Wirtssuszeptibilitätsgene (S-Gene), die der Erreger zur Vermehrung benötigt und die, wenn sie mutiert sind, eine rezessiv vererbte Resistenz gegen den Erreger verleihen. Wir werden zunächst über Experimente in Klimakammern klären, ob sich r/R Gene, die sich mechanistisch grundlegend unterscheiden, in Bezug auf die Thermotoleranz unterscheiden. Wir werden dann unlängst entwickelte Genome Editing-Ansätze verwenden, um thermotolerante Paprika R-Gene in das Tomatengenom zu integrieren. Um dein Einfluss des Klimawandels auf die pflanzliche Immunität und Xanthomonas unter Feldbedingungen zu untersuchen, werden wir ein Mehrgenerationen-Feldexperiment in OpenTop-Kammern durchführen, das die Klimaschwankungen zwischen den Jahreszeiten berücksichtigt. Insbesondere werden wir untersuchen, wie sich Temperaturschwankungen auf die Interaktion von Wirts-R-Genen mit Pathogen-Virulenzmechanismen auswirken, um die Infektionsdynamik von Pathogenen und Selektionsmuster auf Genebene zu hinterfragen. Das vorgeschlagene Projekt verfolgt einen synergetischen Ansatz, der Physiologie, Wirts-Pathogen-Dynamik und die Anwendung neuartiger Genome-Editing-Tools kombiniert, um klimaresistentere Nutzpflanzen zu entwickeln.