Verbund

GI-SARS-2 - Gastrointestinale Manifestationen von SARS-CoV-2

Die durch das neuartige SARS-CoV-2 ausgelöste Pandemie stellt das deutsche Gesundheitssystem vor bislang ungekannte Herausforderungen. Es gibt zurzeit keine wirksamen Therapien zur Behandlung der durch SARS-CoV-2 verursachten Lungenkrankheit COVID-19.

Einige SARS-CoV-2-Patienten berichteten über Durchfall und etwa die Hälfte dieser Patienten weist in Stuhlproben das SARS-CoV-2-Genom auf. Über die Bedeutung der Infektion der Darmschleimhaut für das Krankheitsbild, die Ausbreitung des Virus und den weiteren Krankheitsverlauf ist noch nichts bekannt. In diesem Projekt wird daher ein Team aus einer Magen-Darm-Spezialistin, einem Virologen und einem Bioinformatiker in menschlichen Zellen charakterisieren, wie SARS-CoV-2 Darmzellen infiziert, sich vermehrt und aus Darmzellen freigesetzt wird. Die Ergebnisse werden helfen zu beantworten, ob die im Darm beobachtete Virusinfektion auf eine Schmierinfektion zurückzuführen ist oder eine Virusausbreitung von der Lunge in den Darm ist. Um diese Ziele zu erreichen, werden Techniken wie Einzelzellsequenzierung, räumliche Transkriptomik und in-situ-Messung der Immunantwort in Biopsien kombiniert. Eine quantitative Messung infektiöser SARS-CoV-2-Partikel in Stuhlproben könnte zu einem besseren Bewusstsein für den möglichen fäkalen Übertragungsweg des Virus führen und es dem öffentlichen Gesundheitssystem ermöglichen, diesen Faktor in seine aktuellen Protokolle und Modelle einzubeziehen. Darüber hinaus soll ein standardisiertes Protokoll zur Extraktion infektiöser Viren aus dem Stuhl veröffentlicht werden.

Der Förderaufruf beruht auf dem Rapid Response Modul der Förderbekanntmachung „Richtlinie zur Förderung eines Nationalen Forschungsnetzes zoonotische Infektionskrankheiten“ vom 29. Januar 2016 und orientiert sich an der Prioritätensetzung der WHO zu COVID-19. Gefördert werden insbesondere die Entwicklung therapeutischer und diagnostischer Ansätze sowie Forschungsarbeiten, die zum Verständnis des Virus und dessen Ausbreitung beitragen.

Teilprojekte

Bedeutung für die Replikation, Ausbreitung und Pathogenese von Viren

Förderkennzeichen: 01KI20198A
Gesamte Fördersumme: 222.819 EUR
Förderzeitraum: 2020 - 2021
Projektleitung: Dr. Steeve Boulant
Adresse: Universität Heidelberg, Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 672
69120 Heidelberg

Bedeutung für die Replikation, Ausbreitung und Pathogenese von Viren

Etwa 5-10% der SARS-CoV-2-Patienten berichteten über Durchfall, und bis zu 50% der erkrankten Patienten, die in Stuhlproben auf SARS-CoV-2-Genom getestet wurden, wurden als positiv befunden. Obwohl es akkumulierende Hinweise darauf gibt, dass das Darmepithel infiziert ist, ist die Bedeutung der enterischen Phase von SARS-CoV-2 für virusinduzierte Pathologien, Ausbreitung und Prognose unbekannt. Im Projekt soll daher der SARS-CoV-2-Lebenszyklus im menschlichen Darmepithel untersucht werden. Es wird erwartet, dass die enterische Phase von SARS-CoV-2 für die Virusausbreitung und die virusinduzierte Pathogenese kritisch sein kann. Im Verbund arbeiten Spezialisten zusammen, die über ergänzende Fachkenntnisse in den Bereichen Gastroenterologie (Merle), Enterovirologie (Boulant) und Bioinformatik (Alexandrow) verfügen. Es wird in humanen Primärzellen, so genannten Organoidmodellen, charakterisiert, wie SARS-CoV-2 infiziert, repliziert und aus Darmepithelzellen freigesetzt wird. Dies wird die molekulare Grundlage für den enterischen Lebenszyklus von SARS-CoV-2 bilden und erklären, ob die im Darm beobachtete Virusinfektion auf eine fäkal-orale Übertragung zurückzuführen ist oder eine Manifestation einer Virusausbreitung von der Lunge in den Darm ist. Um diese Ziele zu erreichen, wird eine technologische Pipeline genutzt, die Einzelzellsequenzierung, räumliche Transkriptomik und in situ-Messung der Immunantwort in Biopsien kombiniert, die kürzlich entwickelt wurde, um die Wechselwirkung zwischen Wirt und Virus in Organoiden zu untersuchen. Diese Arbeit wird sich auf den bisher wenig erforschten Darmlebenszyklus von SARS-CoV-2 konzentrieren und es ermöglichen zu definieren, ob eine verschlimmerte Darmentzündung zur bei Patienten beobachteten Pathologie beiträgt.

RNA-FISH Bildgebung von Genmarkern

Förderkennzeichen: 01KI20198B
Gesamte Fördersumme: 16.700 EUR
Förderzeitraum: 2020 - 2021
Projektleitung: Dr. Theodore Alexandrov
Adresse: Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL), Structural and Computational Biology Programme
Meyerhofstr. 1
69117 Heidelberg

RNA-FISH Bildgebung von Genmarkern

Bei etwa 5-10% der SARS-CoV-2-Patienten wird Durchfall diagnostiziert, und bis zu 50% der kranken Patienten sterben mit Stuhlproben, die positiv für das SARS-CoV-2-Genom sind. Dies deutet darauf hin, dass das Darmepithel wahrscheinlich infiziert ist. Über die enterische Phase von SARS-CoV-2 und ihre Auswirkungen auf die virusinduzierten Pathologien und die Ausbreitung ist jedoch nicht viel bekannt. In diesem Projekt werden zusammen mit anderen Partnern Genmarker für Zelltypen, Infektionen und Immunantworten gesucht und deren Expression in menschlichen Darmorganoiden abgebildet. Es wird eine Pipeline verwendet, die bereits mit anderen Partnern dieses Projekts entwickelt wurde, und sie auf humane primäre Darmorganoide angewendet, die mit SARS-CoV-2 infiziert sind. Die Pipeline beginnt mit der Verwendung von Einzelzell-RNAseq zur Charakterisierung der Zelltypen, Infektionen und Immunantworten. Mit diesen Ergebnissen sollen Genmarker für die gezielte Bildgebung und Validierung gefunden werden. Anschließend werden Organoide, die SARS-CoV-2-Lokalisierung und Genmarker von Zelltypen und Immunantworten mithilfe von RNA-FISH abgebildet. Der Beitrag wird neue Erkenntnisse über die Transkriptionsprogramme liefern, die durch die SARS-CoV-2-Infektion der menschlichen Darmzellen in einem fortgeschrittenen Modell mit verschiedenen Zelltypen ausgelöst werden, und letztlich dazu beitragen, Licht in das enterische Leben von SARS-CoV-2 und seinen Beitrag zu Covid-19 zu bringen.