CardiOmics

Gemeinsam mit dem Institut für Klinische Immunologie sowie der Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie der Universität Leipzig erarbeitet die Arbeitsgruppe CardiOmics ein Verfahren, das helfen soll, die klinische Entscheidungsfindung über Antibiose-Therapien oder ggfs. Re-Interventionsstrategien bei Protheseinfektionen und Infektionen des umgebenden Gewebes zu verbessern. Die Entscheidung hängt maßgeblich vom Erregerspektrum und dessen Nachweis ab. Die Mikrobiologie stößt dabei in der täglichen klinischen Routine an ihre Nachweisgrenzen. Ziel der Forschungsarbeiten ist es, die mögliche mono- oder polymikrobielle Erregerlast und deren Virulenzpotenzial durch die Kombination von Metagenomsequenzierung (NGS) und spezifischen PCR-Analysen im Vergleich zu den mikrobiologischen Befunden aufzudecken sowie deren Virulenzpotenzial zu bestimmen. Auf der Grundlage der so gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend neue Therapieoptionen bzw. Behandlungsschemata erarbeitet werden.

In den vergangenen zehn Jahren zeichneten sich Infektionserkrankungen im Herzkreislaufbereich zunehmend als klinische Herausforderung ab. Ursachen dafür sind zunehmende erregerspezifische Chemotherapeutika-Resistenzen, aber auch die verbesserte Therapielandschaft, zum Beispiel bei der Implantation von Herzschrittmachern, Herzklappensytemen und Kunstherzsystemen. Eigene Forschungsergebnisse belegen aktuell, dass Krankheitsstatus und -verlauf durch die Infiltration mit verschiedenen Erregern maßgeblich beeinflusst wird. Dabei fokussierte die Gruppe bislang auf Untersuchungen des Erregerspektrums mittels Gesamtgenomanalysen. Weiterführender ist jedoch das Ziel, die krankheitsverursachenden Pathomechanismen aufzuklären. Dazu ist es notwendig, die beteiligten Keime exakt, bis auf Stemmebene, zu identifizieren. Initial wurde dazu die mikrobielle Zusammensetzung von Patient*innenproben analysiert. Mittels PCR-Techniken (PCR = Polymerase Chain Reaction) wurden zunächst sämtliche bekannte Keime identifiziert. Da bislang unbekannte Bakterien mit dieser Technologie nicht detektiert werden können, wurden die Untersuchungen um die sogenannte T-RFLP-Analyse (T-RFLP = terminale Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus) ergänzt. Dieses molekularbiologische Verfahren ermöglicht die Untersuchung der mikrobiellen Diversität und der Zusammensetzung des Mikrobioms in den jeweiligen Proben. Durch ein weiteres, noch sensitiveres Verfahren, die Genomsequenzierung konnte die mikrobielle Zusammensetzung der Patient*innenproben schließlich bis auf Speziesebene analysiert werden. Dabei wurden auch Bakterien in geringen Konzentrationen erfasst. Die wesentliche Herausforderung bei der Anwendung dieser Analysemethoden liegt nun in der adäquaten bioinformatischen Verarbeitung der gewonnenen Daten. Dies reicht von der Zuordnung erregerspezifischer DNA-Moleküle zur Identifikation des Erregerstammes bis hin zur Klassifikation von Virulanzfaktoren. Letztere beschreiben die Eigenschaften, die die krankmachende Wirkung der Erreger definieren.

Ziel der Arbeitsgruppe ist es nun, die gewonnenen Erkenntnisse in den klinischen Alltag zu überführen. Dazu müssen zunächst die bestimmbaren Virulenzfaktoren in prospektiv angelegten klinischen Studien mit den Patient*innen-Outcome korreliert werden. 

Das Projekt kardio-chirurgische Infektionserkrankungen umfasst die Darstellung des Erregerspektrums infektiöser Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems. Im besonderen Fokus steht die infektiöse Endokarditis (IE), die mit zunehmenden Herzklappeninterventionen an klinischer Relevanz gewinnt. Trotz des jahrhundertwährenden Fortschritts der Medizin haben Patient*innen mit einer IE eine unverändert schlechte Prognose. Die Arbeitsgruppe entwickelt exemplarisch einen umfassenden Ansatz, der auf Basis von Next-Generation-Sequencing (NGS), Elektronenmikroskopie (EM) und einer Point-of-Care (PoC)-Plattform eine verbesserte Diagnostik bieten und so eine gezielte Therapie und Prävention ermöglichen soll. Ableitend aus den OMICS-basierten Erkenntnissen werden weiterführend immunologisch basierende Assays etabliert und zur klinischen Marktreife gebracht.

Das Projekt Diagnostik der primären und sekundären Hämostase fokussiert auf die Etablierung der Thrombingenerierung als ein Instrument des klinischen Monitorings zur sensitiven Erfassung der gesamtplasmatischen Gerinnungskaskade. Die Bestimmung der Endstrecke der plasmatischen Gerinnung ist auch geeignet, um die Faktor-X-Inhibitoren und deren Wirkung auf das Gerinnungssystem hinreichend valide abzubilden. Auf der Basis molekularbiologisch-experimenteller Untersuchungen wird ein Point-of-Care-Assay entwickelt und im Prozess der klinischen Routine validiert.