InFact - Der HZI-Podcast. Wissenschaft, die ansteckt‪.‬ HZI - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung GmbH

The department "Anti-infectives from Microbiota" of Prof Christine Beemelmanns focuses on the identification and functional analysis of novel anti-infective natural products from microbial communities. Co-cultivation studies and cell-based assays in combination with chemical-analytical and molecular biological methods are used to evaluate new microbial natural product producers. The group uses established and innovative metabolomic, activity- and genome-guided methods to elucidate the structure of the secreted natural products. Based on the isolated natural products, the functional analysis and evaluation of their spectrum of activity is carried out. The department is based at the Helmholtz Institute for Pharmaceutical Research Saarland (HIPS) in Saarbrücken, a site of the HZI in co-operation with Saarland University.

The spread of antibiotic-resistant human pathogenic bacteria is an increasing threat to human health. The development of new anti-infectives and a better understanding of their function and mode of action are therefore urgently needed. Microorganisms are a promising source of new active substances. Microbial communities (microbiota / microbiome) are made up of a large number of different bacteria, fungi and representatives of unicellular and few-celled eukaryotes as well as viruses. These communities are found on human, animal and plant tissue surfaces, among others, where they can fulfil essential functions for the host. In many cases, the composition of the microbiota correlates with its localisation and thus its function. Microorganisms regulate and manipulate their coexistence by emitting bioactive natural substances. Microbial natural products can have an antibiotic effect to protect the producers, but can also act as a cellular signal, as a morphogen for the host organism or be metabolised as a nutrient. However, the chemical structures of many of these natural substances are unknown, which means that their natural function, their influence on the microbiota and their potential applications are still poorly understood.

As natural products play important roles in microbial interactions, their production is closely linked to the composition of the microbiota. The Beemelmanns group analyses representative microbial communities to explore this chemical space.

Transparency notice: The podcast contains AI-generated audio material.

Die Abteilung „Antiinfectiva aus Microbiota“ von Prof. Christine Beemelmanns fokussiert sich auf die Identifizierung und funktionelle Analyse von neuartigen anti-infektiven Naturstoffen aus mikrobiellen Gemeinschaften. Ko-Kultivierungsstudien sowie zellbasierte Assays in Kombination mit chemisch-analytischen und molekularbiologischen Methoden werden zur Evaluierung neuer mikrobieller Naturstoff-Produzenten verwendet. Zur Strukturaufklärung der sekretierten Naturstoffe wendet die Gruppe etablierte und innovative metabolomische, aktivitäts- und genomgeleitete Methoden an. Basierend auf den isolierten Naturstoffen erfolgt die funktionale Analyse und Evaluierung ihres Wirkspektrums. Die Abteilung hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) in Saarbrücken, einem Standort des HZI in Kooperation mit der Universität des Saarlandes.
Die Verbreitung von Antibiotika-resistenten humanpathogenen Bakterien ist eine zunehmende Bedrohung für die menschliche Gesundheit. Daher sind die Entwicklung neuer Anti-Infektiva sowie ein verbessertes Verständnis ihrer Funktion und Wirkungsweise dringend notwendig. Eine vielversprechende Quelle für neue Wirkstoffe sind Mikroorganismen. Mikrobielle Gemeinschaften (Mikrobiota / Mikrobiom) setzen sich aus einer Vielzahl verschiedener Bakterien, Pilze und Vertreter ein- und wenigzelliger Eukaryoten sowie Viren, zusammen. Diese Gemeinschaften befinden sich unter anderem auf menschlichen, tierischen und pflanzlichen Gewebeoberflächen, wo sie essenzielle Funktionen für den Wirt einnehmen können. Die Zusammensetzung der Mikrobiota korreliert in vielen Fällen mit ihrer Lokalisation und damit ihrer Funktion. Mikroorganismen regulieren und manipulieren ihr Zusammenleben durch die Aussendung von bioaktiven Naturstoffen. Mikrobielle Naturstoffe können antibiotisch wirken, um die Produzenten zu schützen, können aber auch als zelluläres Signal wirken, als Morphogen für den Wirtsorganismus oder als Nährstoff verstoffwechselt werden. Die chemischen Strukturen vieler dieser Naturstoffe sind jedoch unbekannt, und damit sind ihre natürliche Funktion sowie ihr Einfluss auf die Mikrobiota und mögliche Anwendungspotenziale bis heute nur sehr wenig erschlossen.
Da Naturstoffe wichtige Funktionen in mikrobiellen Interaktionen spielen, ist ihre Produktion eng mit der Zusammensetzung der Mikrobiota verknüpft. Die Beemelmanns-Gruppe analysiert repräsentative mikrobielle Gemeinschaften, um diesen chemischen Raum zu erschließen.

Do you remember the winter of 2022? The paediatric intensive care units were full of babies and small children who could barely breathe. This was because the measures taken to combat the coronavirus pandemic in the two previous winters meant that many children had not yet had their first RSV infection. As a result, there were many children who were suddenly ill and therefore more than usual who were seriously ill.

The respiratory syncytial virus is particularly bad for babies under 3 months of age. This is because it can lead to severe pneumonia - and sometimes life-long consequential damage remains.

An example of how quickly pathogens can spread. And this is precisely the area of expertise of Dr Berit Lange - the (acting) head of the Department of Epidemiology and head of the Clinical Epidemiology research group here at the HZI.

Erinnert ihr euch noch an den Winter 2022? Die Kinder-Intensivstationen waren voll von Babies und kleinen Kindern, die kaum Luft bekamen. Denn durch die Maßnahmen zur Bekämpfung der Corona-Pandemie in den zwei Wintern davor, hatten viele Kinder noch nicht ihre erste RSV-Infektion durchgemacht. Deshalb gab es viele Kinder, die auf einmal krank waren und damit auch mehr als sonst, die schwer krank waren.

Für Säuglinge unter 3 Monaten ist das Respiratorische Synzytialvirus besonders schlimm. Denn es kann zu schweren Lungenentzündungen führen – und manchmal bleiben lebenslange Folgeschäden.

Ein Beispiel dafür, wie schnell sich Erreger ausbreiten können. Und genau das ist das Spezialgebiet von Dr. Berit Lange – der (kommissarischen) Leiterin der Abteilung Epidemiologie und Leiterin der Forschungsgruppe klinische Epidemiologie hier am HZI.

Multiresistente Keime leben bei manchen von uns auf der Haut. Wenn wir jung, gesund und fit sind: Kein Grund zur Sorge. Aber uns allen kann es passieren, dass wir plötzlich krank werden, unser Immunsystem geschwächt ist oder wir uns schwer verletzen und ins Krankenhaus müssen. Wenn dann so multiresistente Bakterien in unseren Körper eindringen, droht Lebensgefahr. Denn über normale Antibiotika lachen die nur müde. Und dieses Problem wird immer größer.
Deshalb müssen wir Mittel und Wege finden, bei denen Bakterien das Lachen vergeht! So ähnlich hat sich das auch Mark Brönstrup gedacht. Er ist Professor für chemische Biologie und forscht am HZI an Stoffen, um Antibiotika-Resistenzen zu begegnen.

Multi-resistant bacteria live on the skin of some of us. When we are young, healthy and fit, there is o reason to worry. But it can happen to all of us that we suddenly become sick, our immune system is weakened or we are seriously injured and must go into hospital. When multi-resistant bacteria invade our bodies, it can be life-threatening. And the problem is getting worse.
Mark Brönstrup is a professor of chemical biology at the HZI and is researching substances to combat antibiotic resistance.