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Die Teilprojekte D1 - D7 des Forschungsverbundes haben vornehmlich die Biomarker-basierte Entwicklung diagnostischer Nachweissysteme (D = Diagnostik) zum Gegenstand.

Innerhalb dieses diagnostischen Schwerpunktes clustern zunächst die Teilprojekte D1 - 4, die sich mit dem Nachweis, der Differenzierung und der gezielten Behandlung von bakteriellen und Pilzinfektionen beschäftigen. Teilprojekt D1 (Prof. Dr. Dr. Gessner, Universität Regensburg / Hyglos GmbH) beschäftigt sich auf der Grundlage des bakteriellen Permeabilitätsproteins BPI mit der Entwicklung eines Tests, der eine sehr schnelle Unterscheidung zwischen dem Vorliegen einer bakteriellen und viralen Infektion ermöglichen soll. Diese Diskriminierung würde gerade im Falle schwerer, lebensbedrohlicher Infektionen im Vorfeld aufwändigerer serologischer, molekularer oder Zellkultur-basierter Untersuchungen die therapeutischen Algorithmen zum Vorteil der Patienten verbessern. Der sensitive und verlässliche Nachweis des nach Kontakt mit Bakterien aus neutrophilen Granulozyten akut freigesetzten BPI könnte als neuer Biomarker für den Nachweis systemischer bakterieller Infektionen u.a. aufgrund seiner Selektivität gegenüber bakteriellen Erregern andere Marker wie z.B. CRP ersetzen bzw. sinnvoll ergänzen.

Die Teilprojekte D2 und D3 untersuchen die Möglichkeiten einer serologischen Differenzierung jeweils verwandter Erreger, um zeitnah eine spezifischere Medikation zu gewährleisten, als dies bislang möglich ist.  Projekt D2 (Prof. Dr. Haas und Dr. Fischer / NovaTec Immundiagnostica GmbH) zielt auf die Entwicklung eines Nachweisverfahrens,  bei dem Unterschiede in der sogenannten Plastizitätsregion verschiedener Helicobacter pylori Stämme genutzt werden sollen, um die bestehende Diagnostik hinsichtlich einer Prognose gegenüber der Ausbildung eines Duodenalulkus zu verbessern.  Die Arbeiten in Projekt D2 konzentrieren sich auf die Validierung und Verifizierung des durch die PZ Region kodierten duodenal ulcer promoting Gens (dupA) sowie einzelne, mit der Auslösung von Duodenalulzera in Zusammenhang gebrachte Komponenten des DupA assoziierten Sekretionssystem (T4SS) als Biomarker für die Entwicklung eines ELISAs oder Western-Blot-basierten serologischen Nachweissystems.

In Teilprojekt D3 (Prof. Dr. Ebel / Mikrogen GmbH) sollen immunhistologische und serologische Verfahren etabliert werden, mit denen sich non-Aspergillus Schimmelpilze und Candida nachweisen und  hinsichtlich klinisch relevanter Spezies mit unterschiedlichen Resistenzmustern gegenüber Echinocandinen, Azolen und Polyenen differenzieren lassen (z.B. C. albicans, C. glabrata und C. krusei). Dazu sollen durch Immunisierung mit Pilzkulturüberständen monoklonale Antikörper gegen Glycanstrukturen hergestellt, hinsichtlich einer spezifischen Reaktion mit non-Aspergillus-Schimmelpilzen und ausgesuchten Candida analysiert und in ein diagnostisch einsetzbares Nachweisverfahren übersetzt werden. Fortschritte in der Differentialdiagnose sollten eine gezieltere Behandlung von Pilzinfektionen ermöglichen und die mit invasiven Mykosen bei immunsupprimierten Patienten (z.B. als Folge einer Chemotherapie, im Kontext einer Organtransplantation) assoziierten hohen Mortalitätsraten reduzieren.

Neben dem differenzierten Erregernachweis stellt die Resistenzbestimmung aufgrund der dramatischen Resistenzentwicklung z.B. bei Gram-positiven (MRSA, VRE) und Gram-negativen Bakterien (ESBL-Enterobakterien, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii) sowie der unterschiedlichen Empfindlichkeit von Pilzen gegenüber Antimykotika einen für den Behandlungserfolg wichtigen diagnostischen Parameter dar. Herkömmliche Verfahren zur Resistenz-Bestimmung und zum Therapie-Monitoring sind an das Wachstum des zu testenden Organismus gebunden, Ergebnisse sind oft erst nach langen Inkubationszeiten verfügbar. In Teilprojekt D4 (Prof. Dr. Schubert / Bruker Daltonik GmbH) soll daher die im Grundsatz schnelle MALDI-TOF MS-Technologie eingesetzt werden, um erstmals (i) in vitro Antibiotika-Resistenzen von Bakterien  identifizieren zu können, (ii) eine schnelle in vitro Testung von Antimykotika bei Spross- und Schimmelpilzen zu ermöglichen und (iii) bakterielle Resistenzen unter Therapie unmittelbar in vivo darzustellen (therapeutische Biomarker in der Infektionsmedizin).

Die Teilprojekte D5 - D7 beschäftigen sich mit dem Nachweis und der Bewertung von Virusinfektionen über Antigen-spezifische T-Zellen als neuen Biomarker für das Therapie-Monitoring beispielsweise bei Transplantationen, das Design innovativer Vakzinekomponenten sowie die Konzeption zellbasierter Therapieverfahren.

Gemeinsame Grundlage für die Teilprojekte D5 und D6 ist ein vom Industriepartner Lophius GmbH entwickeltes Verfahren, über das rekombinant hergestellte, lösliche Antigene u.a. in den MHC-Klasse-I-Pathway eingeschleust werden können, um so beispielsweise Virus-spezifische CD8+-Zellen für das in-vitro-Immunomonitoring zu stimulieren.

Die Effektivität dieses Verfahrens wird in Teilen durch intrinsische Eigenschaften des behandelten Proteins mitbestimmt, welche bislang nicht komplett verstanden sind. Ziel von Teilprojekt D5 (Prof. Dr. Wagner und Dr. Asbach) ist daher die Analyse gentechnisch modifizierter Varianten eines Modellantigens hinsichtlich einer standardisierten ex vivo Aktivierung ausgewählter phänotypischer und funktioneller Biomarker des angeborenen und erworbenen Immunsystems. Als Modell-Antigen dient das HCMV IE1 Antigen, das mittelfristig einen bereits verfügbaren und aktuell zum Immunomonitoring bei Transplantierten validierten Test zur weiteren Differenzierung der Diagnose sinnvoll ergänzen könnte. Des Weiteren soll untersucht werden, in wie weit sich die aktuell ausschließlich auf diagnostische Anwendungen fokussierte in vitro Stimulation HCMV Antigen-spezifischer T-Zellen in Richtung Expansion Erreger-spezifischer T-Zellen für zellbasierte Therapieansätze sowie als Basis für Impfkonzepte ausbauen lässt.

Teilprojekt D6 (Prof. Dr. Protzer und Dr. Bauer) beschäftigt sich dann im Detail mit dem pharmako-dynamischen T-Zell Monitoring antiviraler Immunantworten als prognostischer Biomarker nach Nierentransplantation. Im vorgeschlagenen Projekt sollen antivirale T-Zell-Antworten im Rahmen der geplanten multizentrischen Studie auf bereits etablierten und validierten Immunoassays als Maß für die Stärke der Immunsuppression etabliert und mit klinischen Daten wie (i) der Reaktivierung von HCMV- oder BKV-Infekten sowie (ii) Abstoßungs-Episoden korreliert werden. Durch Bestimmung der spezifischen Immunantwort vor und unter Immunsuppression soll überprüft werden, ob das T- Zell Monitoring Virus-spezifischer Immunantworten als prognostischer Marker und zum Therapie-Monitoring verwendet werden kann, um den Grad der Immunsuppression zu ermitteln und die immunsuppressive und ggf. die antivirale Therapie individuell anzupassen. Neben der Menge Antigen-spezifischer T-Zellen bestimmt die Bindungsstärke des T Zell-Rezeptors (TCR) zu seinem Antigen über HLA-präsentierte Peptide wesentlich über die Qualität und mögliche Protektivität einer Immunantwort.

Prof. Busch und Kollegen konnten kürzlich auf Basis einer in der Arbeitsgruppe entwickelten reversiblen MHC-Streptamer-Technologie ein elegantes Messsystem etablieren, mit dem ein wichtiger Parameter der TCR Avidität - die MHC/Peptid Dissoziationsrate - exakt auf der Oberfläche von lebenden Antigen-spezifischen T-Zellen bestimmt werden kann. Auf Basis dieser Technologie-Plattform soll im Teilprojekt D7 (Prof. Dr. Busch und Dr. Nauerth / Juno Therapeutics GmbH) ein Testsystem entwickelt werden, welches für den klinisch diagnostischen Einsatz optimiert ist und wie oben (Teilprojekt D5 und D6) an vorhandenen klinischen Kohorten an HCMV-spezifischen CD8+ T-Zellen getestet und validiert wird. Wie Teilprojekt D5 kann auch dieses Projekt einen wichtigen Beitrag zur Konzeption T-Zell-basierter Therapieansätze leisten.