Alfonso Felipe-Lopez
Start-Up Projekt
Austritt von C. burnetii aus polarisierten Epithelialschichten aus den Atemwegen und Lunge
Alfonso Felipe-López (Universitätsklinikum Erlangen)
Coxiella burnetii ist ein obligat intrazelluläres Pathogen und Auslöser des Q-Fiebers beim Menschen. Die bakterielle Aufnahme erfolgt durch die Einatmung von C. burnetii-enthaltenen Aerosolen oder Stäuben, die von Tieren über Fäzes, Milch oder Geburtsprodukte abgegeben wurden. Infizierte Menschen entwickeln Symptome, die von einer leichten grippeähnlichen Erkrankung bis zu akuter Lungenentzündung oder chronischer Endokarditis reichen können. Um diese Krankheiten zu verursachen, muss C. burnetii als erste Barriere die Epithelschichten der Lunge und Atmungswege überwinden. Epithelzellen entwickeln eine säulenartige Morphologie mit apikalen und basolateralen Oberflächen. Während die apikale Seite zur Sekretion von antimikrobiellen Molekülen und anderen Verteidigungsmechanismen beiträgt, stellt die basolaterale Seite eine Bindungsfläche zu Bindegewebe, Immunzellen und Blutgefäßen zur Verfügung. Ein Austritt aus den infizierten epithelialen Zellen ist für die Ausbreitung von C. burnetii im Gewebe daher erforderlich.
Zwar kann C. burnetii Epithelzellen der Atmungswege infizieren, eine bakterielle Vermehrung ist aber im Vergleich zur Replikation in professionellen Fresszellen reduziert. Deshalb kann vermutet werden, dass die Epithelzellen primär für die Ausbreitung von C. burnetii im inneren Gewebe eine Rolle spielen. Somit würde die Invasion von C. burnetii auf der apikalen Seite der epithelialen Zellen erfolgen. Aufgrund der Zellarchitektur könnte die C. burnetii-enthaltende Vakuole (CCV; Coxiella-containing vacuole) durchaus den gesamten intrazellulären Raum bis zur basolateralen Seite der Epithelschicht migrieren. Anschließend könnte es zur Freisetzung von C. burnetii aus dieser zellulären Domäne kommen.
Zur Untersuchung der Austrittsmechanismen von C. burnetii in physiologisch relevanten Zellmodellen werden Epithelzelllinien aus den Atmungswege auf Filter (Transwells – TW) bis zu einer polarisierten Zellschicht entwickelt und anschließend mit C. burnetii von der apikalen Seite infiziert. Die Anzahl an intrazellulären Bakterien und die Anzahl an Bakterien, die entweder an der apikalen oder basolateralen Seite die Zelle verlassen haben, wird mittels CFU (Kolonie bildende Einheiten) Verfahren bestimmt. Diese Auswertung wird nicht nur nachweisen, dass C. burnetii tatsächlich aus den Zellen austreten kann, sondern auch ob dies über die apikale oder die basolaterale Seite der Zellen geschieht. Die räumliche zellulären und molekularen Austrittsmechanismen und die CCV-Migration während des intrazellulären Lebens von C. burnetii werden durch Laser-Raster konfokale Mikroskopie untersucht. Dies liefert zum einen Informationen über die Lokalisierung von CCV innerhalb der Zelle, zum anderen kann der zeitliche Ablauf des Ausbruchs von C. burnetii verfolgt werden. Weiterhin können so die Wirtsmolekülen identifiziert werden, die für Austrittsvorgänge essentiell sind. Des Weiteren wird der Beitrag des Typ 4B Sekretionssystem beim Austritt von C. burnetii aus den Wirtszellen untersucht.
Dieses Projekt soll daher nicht nur den Ablauf der intrazellulären Infektion von C. burnetii in polarisierten Epithelzellen zeigen, sondern auch den mechanistischen Ablauf des bakteriellen Austritts. Darüber hinaus wird die Arbeit nachweisen, ob polarisierte Zellen für die Transmission von C. burnetii fungieren.