Technologien & Infrastruktur

Für Studien zur Vektorkompetenz von Stechmücken mit tropischen Viren bis zur Risikostufe 3. Es werden u.a. Vektor- und Übertragungskontrollen mithilfe des Mikrobioms und der Immunantwort der Mücken charakterisiert, erprobt werden können neuartige Virostatika und Medikamente gegen durch Mücken übertragene Viren in natürlichen Übertragungsmodellen.

Basis für die Diagnose von Viren der Risikogruppe 4, das World Health Organization Collaboration Centre, die European Mobile Laboratories, Forschungskooperationen zu hochpathogenen Viren in Afrika sowie experimentelle Forschung zu Pathogenese, Impfstoffen, Therapeutika und Diagnostik.

Die mobilen Labore werden zur Unterstützung wissenschaftlicher Analysen im Vorfeld und während der Durchführung von Maßnahmen bei Ausbrüchen von Infektionskrankheiten durch virale Erreger im Ausland eingesetzt.

Unterstützt Projekte, die umfangreiche DNA/RNA-Sequenzierungen und bioinformatische Analysen beinhalten, und berät Forschende in der Planungsphase von Projekten.

Die Einheit bietet Forschungsgruppen, Diagnostik und externen Partnern eine kosteneffiziente NGS-Pipeline für verschiedene Probentypen an. Es werden virale Komponenten des Mikrobioms mittels Metagenomics- und Metatranscriptomics-Ansätzen untersucht. Single-Cell-Sequenzierungen können molekulare Ablesungen der Zellaktivität in mehreren Dimensionen erfassen, inkl. Genexpression, Zelloberflächenproteinen, Immunklonotyp, Antigenspezifität und Chromatinzugänglichkeit.

Die Einheit bietet Messverfahren, die eine schnelle Analyse größerer Zellpopulationen ermöglichen. Nach Einweisung in die Geräte können die Durchflusszytometer für präparative und analytische Verfahren genutzt werden. Neben der Hilfestellung bei Problemen bietet die Serviceeinheit auch eine vorhergehende methodische Beratung.

In der Tierhaltung werden Versuchstiere und Zuchttiere auf Basis aktueller Richtlinien und gesetzlicher Grundlagen des Tierschutzes, der Gentechnik und der Hygiene sowie nach neusten wissenschaftlichen Erkenntnissen gehalten. Dazu gehören ein engmaschiges Hygiene-Monitoring, tierärztliche Betreuung sowie eine restriktive Zugangsregelung zu Tierhaltungsanlagen.

Unterstützt werden v.a. Projekte der molekularen Parasitologie und Virologie, zusätzlich punktuell die Abklärung diagnostischer Fragestellungen. Seit der Einrichtung einer gemeinsamen Leibniz Center for Infection (LCI) Imaging Platform mit dem Leibniz-Institut für Virologie (LIV) in 2020 ist das Gerät des BNITM dort installiert.

Als Kooperationszentrum ist die virologische Abteilung wichtiger Ansprechpartner der WHO für die Diagnostik seltener und gefährlicher Viruserkrankungen. Das WHO-CC bietet europaweit spezielle Diagnostik und Beratung an bei importierten Fällen tropischer Virusinfektionen.

Das NRZ bietet für ein breites Spektrum viraler, bakterieller und parasitärer Infektionen spezifische diagnostische Leistungen an, die von Routinelaboratorien nicht erbracht werden. Es unterstützt das RKI bei der Aufklärung epidemiologischer Zusammenhänge in Fällen von Infektionsausbrüchen in Deutschland und gibt Referenzmaterial an andere Laboratorien ab für Ringversuche oder für die Auswertung diagnostischer Verfahren.

Wir führen histologische Arbeiten an Tiermodellen und humanen Geweben durch, die in Projekten des FZBs generiert werden. Neben Beratung bei der Präanalytik bearbeiten wir Gewebe für die Einbettung in Paraffin, Herstellung von Schnitten, histologische Färbungen, Immunhistochemie und Archivierung des Blockmaterials. Gefrierschnitte sind ebenso Bestandteil der Tätigkeiten. Wir arbeiten im Rahmen der Archivierung eng mit der BMB Nord zusammen. Gerne beraten wir die verschiedenen FGs bei der Planung und Durchführung histologischer Analysen, sowie weitergehender Untersuchungen wie Transcriptomics, multispektrale IHC, Nanostring und Spatial Transcriptomics.

Im Bereich Infektion interessiert uns besonders die multispektrale immunhistochemische Analyse von pathophysiologischen Events in Tuberkulosegranulomen sowie Transkriptomuntersuchungen innerhalb verschiedener Modellsysteme und Kohorten, mit dem Ziel einer Entwicklung von host directed therapies.

Das Studienzentrum ist die Schnittstelle zwischen Grundlagenwissenschaft und Patientenversorgung in der Klinik und dem angegliederten Versorgungszentrum. Die Expertise liegt in der Planung, Organisation und Durchführung klinischer Studien. Das Spektrum umfasst translationale Forschungsprojekte in enger Kooperation mit Grundlagenwissenschaftlern, Verbundstudien pneumologischer und infektiologischer Fachverbände und Arzneimittelstudien der pharmazeutischen Industrie.

Der Fokus sind übertragbare und nicht-übertragbare Erkrankungen der Atemwege. Ein Schwerpunkt ist die klinische Tuberkuloseforschung. Hierüber besteht eine enge Anbindung an Forschergruppen des FZB für die Durchführung internationaler klinischer Studien und von Biomarkeranalysen (Transkription-, PCR-, ELISA/ELISPOT- basierter Analysen von Proben für klinischen Studien).  Andere Studien betreffen Asthma, Allergie, COPD, Pneumonie, Weaning und andere pneumologische Erkrankungen. 

In der Pneumologischen Arztpraxis am MVZ des Forschungszentrums Borstel werden Diagnostik und Behandlung aller häufigen und seltenen Lungenerkrankungen angeboten. Die Schwerpunkte liegen im Management des Asthmas - speziell auch des schweren Asthmas-, der Chronischen Bronchitis und des Lungenemphysems (COPD), des  chronischem Husten, der  "Lungenfibrose" und anderer sogenannter „interstitieller Lungenerkrankungen“, von infektiösen Lungenerkrankungen (Tuberkulose, Erkrankungen durch nichttuberkulöse Mykobakterien, Bronchiektasen), von Lungenkrebserkrankungen und der schlafbezogenen Atemstörungen ("Schlafapnoe“). In Kooperation mit dem Klinischen Studienzentrum werden Patientinnen und Patienten in klinische Studien eingeschlossen.

Die BioMaterialBank Nord (BMB Nord) unterstützt die biomedizinische Forschung in der Lungenheilkunde. Die BMB Nord gewinnt, verarbeitet, sammelt, lagert und verwaltet Biomaterialproben wie Blut, Gewebe, Zellen von Probandinnen und Probanden, die an Studien ihrer Mitglieds-Institutionen teilnehmen. Die Biomaterialproben werden von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern analysiert. So übernimmt die BMB Nord die Funktion einer Schnittstelle zwischen Patientenversorgung und Grundlagenwissenschaft. Darüber hinaus berät sie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei der Planung von translationalen Forschungsprojekten im Bereich der Lungenheilkunde. Auf Antrag stellt sie Forschergruppen klinische Informationen in pseudonymisierter Form zur Verfügung. Durch deren Analyse lassen sich Rückschlüsse auf Krankheiten und deren Verläufe ziehen, was eine Verbesserung der Diagnostik und Therapie ermöglicht. Der Schwerpunkt der BioMaterialBank Nord liegt auf übertragbaren und nicht-übertragbaren Erkrankungen der Atemwege und der Lunge.

Die klinische Infrastruktur (ClinTB) im Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF) bietet an jedem Tag der Woche rund um die Uhr einen telefonischen Beratungsservice für Fragen zur Tuberkulose und zu Erkrankungen durch nicht-tuberkulöse Mykobakterien an (TBinfo). Komplizierte Behandlungssituationen werden wöchentlich freitags um 15:00-16:00 im TBinfo Board mit erfahrenen ExpertInnen diskutiert, bevor dafür Empfehlungen ausgesprochen werden (T 04537 188-0).

Die Diagnostische Mykobakteriologe trägt gemeinsam mit der Molekularen und Experimentellen Mykobakteriologie das Nationale Referenzzentrum für Mykobakterien. Schwerpunkt der Diagnostischen Mykobakteriologie ist die mykobakteriologische Untersuchung von eingesandten Patientenmaterialien bzw. Kulturen. Das Methodenspektrum umfasst alle relevanten Bereiche der Mykobakteriendiagnostik (schnelle molekularbiologische Nachweise, Differenzierung von Mykobakterienspezies, mikrobiologische Empfindlichkeitsprüfung auch nach der EUCAST Referenzmethode) und in Zusammenarbeit mit der Molekularen Mykobakteriologie die Feintypisierung von Tuberkulosebakterien des Mycobacterium tuberculosis Komplex (Mtbk) und nichttuberkulösen Mykobakterien (z.B. Resistenzvorhersage, Phylogenie, Genomanalyse). Darüber hinaus wird es einen Beratungsservice zu Diagnostik und Therapie von Mykobakteriosen für behandelnde Ärzte, Labore und den Öffentlichen Gesundheitsdienst angeboten. 

Die Zelluläre Mikrobiologie analysiert Wirts-Erreger Interaktionen in Primärzellkulturen und Mäusen unter BSL2 und 3 Sicherheitsbedingungen mit folgenden Erregern: Mycobacterium tuberculosis (Tuberkulose (TB)), Klebsiella pneumoniae, Stenotrophomonas maltophilia, Candida albicans, Influenza, SARS-CoV-NL63. Dazu nutzt sie

• In vitro Infektionsmodelle in primären Zellen (Makrophagen, Neutrophile; Maus, Mensch (BSL2, 3)
• M. tuberculosis, S. maltophilia, P. aeruginosa, C. albicans Reporterstämme 
• Intrazellulärer Erregertransports in Wirtszellen, Lebendzellmikroskopie (BSL2 und 3), Zelltod-Assays
• Air-Liquid-Interface Kulturen mit Lungenepithelzellen für gemischte Biofilmstudien
• Aerosol- TB-Infektionsmodell in Granulom-nekrose-entwickelnden suszeptiblen Mäusen zur Prüfung von Nanocarrier-verpackten Antibiotika
• Histologie, Immunhistologie, FACS (BSL2 und 3), Bioplex, RNAseq, in vivo und in vitro Bildgebung unter BSL3-Bedingungen (IVIS)
• Bakteriophagen-Sammlung
• Mikrobiom- und Mycetom-Analysen (16s-RNA/DNA, Metagenomik, ITS, FISH, Bioinformatik)

In unserer FG vereinen wir Kompetenzen in der Massenspektrometrie (MS) und der Kernspinresonanzspektroskopie (NMR), was uns die Erforschung von metabolischen Prozessen sowohl in biologischen Modellsystemen als auch in klinischen Proben erlaubt. Wir sind auf die Analyse von Lipiden, Glykokonjugaten und Zellwandkomponenten spezialisiert. Wir bieten LC-MS basierte Quantifizierung von Wirkstoffen in Bezug auf Erforschung neuer Formulierungen und Therapiestrategien an. Weiterhin können wir MS-basierte Proteincharakterisierungen durchführen.

Mykobakterien nutzen Wirtslipide, wie zum Beispiel Fettsäuren und Sterole, als Hauptenergie- und Kohlenstoffquelle während der chronischen Infektion. Der Forschungsschwerpunkt der FG Wirts-Mikroben Interaktom ist es, die molekularen Mechanismen zu entschlüsseln, mit denen pathogene Mykobakterien den Lipidmetabolismus und die intrazellulären Lipidtransportwege der Wirtszelle beeinflussen. Dabei wird die Anwendung von funktionellen Lipiden zur Analyse der Lipiddynamik während verschiedener Infektionsstadien mit hochmodernen Mikroskopiemethoden und lipid-biochemischen Methoden, wie zum Beispiel massenspektrometrischer Lipidomik, kombiniert.

• In vitro Infektionsmodelle (BSL2): immortalisierte BMDMs (Maus), transdifferenzierte menschliche Makrophagen (CEBRA), Dictyostelium discoideum, Mycobacterium marinum
• In vitro Systeme zur Identifikation von Lipidliganden und Interaktionspartnern inkl. funktioneller Lipide
• hochauflösende Mikroskopie: Lebendzellmikrokopie, Korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie (2D und 3D), Expansionsmikroskopie
• Lipidextraktion und Dünnschichtchromatographie

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Die Fluoreszenz-Zytometrie stellt moderne Geräte im Bereich der Mikroskopie und Durchflusszytometrie für beide Programmbereiche des Zentrums bereit. Neben Wartung und Pflege der Geräte liegt ein Fokus auf Schulungen sowie Beratungen zur Versuchsplanung und Auswertung. Bei komplexen Methoden erfolgen Kooperationen mit Forschungsgruppen.

In der Mikroskopie steht ein konfokales Laserscanning-Mikroskop Leica TCS SP5 mit fünf Lasern zur Verfügung (inklusive Deconvolution Software. Für Lebendzellanalysen kann ergänzend ein inverses Fluoreszenzmikroskop Olympus IX-81 genutzt werden.

Für die Durchflusszytometrie stehen mehrere Analysegeräte (6x) mit 8-21 Farbparametern zur Verfügung, darunter ein FACSymphony A1 mit Small-Particle-Detector (SPD) zur Analyse kleinster Partikel bis 60 nm.

Die Zellsortierung mit einem BD FACSAria IIIu (vier Anregungslaser, 13 Fluoreszenzkanäle, Sicherheitsstufe-2-Sortierungen dank bioBUBBLE) oder mit dem FACSDiscover S8 mit CellView-Image-Technologie (6-Wege-Sortierungen mit 78 spektralen und bis zu drei fluoreszierenden visuellen Detektoren) angeboten.

Im gentechnischen Labor der Sicherheitsstufe 3 sind mehrere Durchflusszytometer verfügbar, darunter ein MACSQuant10 (drei Laser, acht Fluoreszenzkanäle) und ein BioRad S3 Zellsorter (zwei Laser, vier Fluoreszenzkanäle).

Die FG hat in den zurückliegenden Jahren einen Schwerpunkt auf die Entwicklung verschiedener in vitro-Testsysteme zur schnellen Identifizierung und Charakterisierung der Wirksamkeit neuer Anti-TB-Leitstrukturen gelegt. Die direkte Wirkung auf den Erreger wird in 96- und 384-well Platten getestet. Die Systeme erlauben es uns uns, kleine und mittelgroße Substanzbibliotheken auf neue Anti-Tb-Verbindungen zu analysieren.

Im Anschluss an die Charakterisierung einer möglichen zur zytotoxischen Wirkung der Verbindungen auf Wirtszellen (primäre Makrophagen) wird die Wirkung der neuen Verbindungen auf die Replikation intrazelluläre Bakterien untersucht, wobei insbesondere M. tuberculosis-infizierte humane Makrophagen analysiert werden, um so vielversprechende Anti-TB-Leitstrukturen zu identifizieren. Unter Verwendung eines kürzlich angeschafften High-Content-Imaging-System sind wir ebenfalls in der Lage Wirkstoffe zu identifizieren, die nicht auf die Bakterien, sondern auf den Wirt abzielen, um so Wirkstoffe für Wirts-gerichtete Therapieansätze zu identifizieren.

Die Gruppe untersucht den Einfluss des biologischen Geschlechts und viraler Koinfektionen auf die Immunantwort gegen Tuberkulose in Mäusen und Primärzellkulturen unter BSL2 und BSL3 Bedingungen:

• Aerosol-TB-Infektionsmodell mit Mycobacterium tuberculosis H37Rv und HN878 in immunkompetenten C57BL/6, immundefizienten RAG2 KO und anderen KO Stämmen
• Influenza, MCMV (vorwiegend als Koinfektion)
• BCG Vakzinierung im Mausmodell

• Keimlastbestimmung, Histologie, Immunhistologie, Durchflusszytometrie, Multiplex Zytokin/Chemokin/Immunglobulin Assays, qPCR
• In vitro Infektionsmodelle in primären Zellen (Makrophagen; B-Zellen; Maus, Mensch)
• Hormonbehandlungen (in vitro)
• High content screening Mtb-infizierter humaner Makrophagen (Opera Phenix)

Die FG Biophysik widmet sich der Struktur-Funktions-Analyse bakterieller und humaner Membranen, deren Wechselwirkung mit natürlichen und synthetischen antimikrobiellen Peptiden und membranaktiven Substanzen von Pathogenen. Wir führen Experimente an ganzen Zellen und vor allem auch an sehr gut definierten Membranrekonstitutionsmodellen durch. Hierzu steht eine Reihe biophysikalischer Methoden zur Verfügung:   

• Rasterkraftmikroskopie   
• Rasterelektronenmikroskopie   
• Elektrophysiologie   
• Filmwaage   
• Microfluidics   
• ITC   
• DLS   
• Fluoreszenzspektroskopie  
• X-Ray Synchrotron-Experimente   
• Zusätzlich haben wir die Möglichkeiten Aerosole herzustellen und zu charakterisieren.