|
|
|
ARBEITSGRUPPE:
MOLEKULARE
MIKROBIOLOGIE
Leiter: Ao.Univ.Prof. Dr. Michael
Duchêne
A d r e s s
e:
Kinderspitalgasse
15, A-1090 Wien
Tel: +43-1-40 160-38210
Fax.: +43-1-40 160-938293
Email: michael.duchene@meduniwien.ac.at
|
1972
- 1974
|
Studium der
Chemie Universität Freiburg
|
|
1974
|
Vordiplom
Chemie
|
|
1974
– 1975
|
Studium Chemie,
Univ. Southampton, GB
|
|
1975
– 1978
|
Chemiestudium
Univ. München
|
|
 ab 11/1976
|
Doppelstudium
Chemie und Medizin, Univ. München
|
|
1978
|
Diplom Chemie
|
|
1979
|
Physikum im
Fach Medizin Univ. München
|
|
1980
|
Erstes
Staatsexamen im Fach Medizin Univ. München
|
|
1984
|
Promotion
Chemie (Dr. rer. nat.)
|
|
1993
|
Lehrbefugnis
als Universitätsdozent für das Fach „Molekulare
Mikrobiologie“ Univ. Wien
|
|
seit
1994
|
a.o. Univ.
Prof. Universität Wien
|
|
Positionen:
|
|
|
1984
– 1989
|
Wissenschaftlicher
Assistent im Laboratorium für molekulare Biologie – Genzentrum
– Univ. München
|
|
1989
– 1994
|
Vertragsassistent
am Institut für Spezifische Prophylaxe und Tropenmedizin Wien
|
|
ab
1994
|
Universitätsassistent
|
Wissenschaftliche Mitarbeiter der Arbeitsgruppe:
Mirjana Drinic
Mag. Dr. David Leitsch
Mag. Julia Matt
Dipl. Biol. Sarah Schlosser
WISSENSCHAFTLICHE
PROJEKTE
Unsere
Arbeitsgruppe untersucht humanpathogene Mikroorganismen mit
molekularbiologischen und biochemischen Methoden. Wir beschäftigen uns
mit Grundlagenforschung aber auch anwendungsorientierter Forschung, wobei Entamoeba
histolytica unser Hauptstudienobjekt ist.
Entamoeba
histolytica
E.
histolytica
verursacht die Amöbendysenterie und den Amöbenleberabszess und
die beste Schätzung spricht von bis zu 50 Millionen Erkrankungen und
110.000 Todesfällen pro Jahr. In den wohlhabenden Industriestaaten ist
der Einzellerparasit nicht länger endemisch, aber er bedroht immer
noch Fernreisende. Seit schon mehr als 40 Jahren ist Metronidazol das
Chemotherapeutikum der Wahl für die Behandlung der invasiven
Amöbiasis, ohne dass sich bisher klinisch relevante Resistenzen verbreitet
hätten. Obwohl Metronidazol so grossen Erfolg hat, verstehen wir auf
der Molekülebene noch immer kaum, warum E. histolytica nie
resistent geworden ist, obwohl anderen Pathogenen wie Trichomonas
vaginalis oder Helicobacter pylori das gelungen ist. Diese
komplexen Fragestellungen haben wir in einem FWF-geförderten Projekt
in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Dr. F. Altmann (Department
für Chemie, Universität für Bodenkultur (BOKU)) untersucht.
Innerhalb des Projekts nahmen wir auch am internationalen E. histolytica
Genomprojekt teil, wo wir einen Beitrag zum Studium von Stoffwechselwegen
leisteten. Die Verfügbarkeit der Genomdaten ermöglichte es uns
dann auch, die Wirkung von Metronidazol auf der Ebene des Proteoms zu
untersuchen. Wir konnten in E. histolytica erstmalig zeigen, dass
Cysteingruppen in wenigen ganz bestimmten Proteinen kovalent durch
aktiviertes Metronidazol modifiziert wurden. Unter den Proteinen waren
mehrere, die zum Schutz vor oxidativem Stress beitragen. Freie Thiole wie
zum Beispiel freies Cystein wurden auch vom aktivierten Metronidazol
modifiziert, und Cystein schützte Amöben vor der Wirkung von
Metronidazol. Wir konnten weiters zeigen, dass Thioredoxinreduktase, eines
der modifizierten Proteine, selbst das Metronidazol aktivieren kann. In den
kommenden Jahren wollen wir herausfinden, wie die gefundenen Modifikationen
ihre toxische Wirkung auf die Amöben entfalten, ob sich dieselben
Prozesse in anderen pathogenen Mikroorganismen wie zum Beispiel T.
vaginalis abspielen und warum T. vaginalis viel schneller als E.
histolytica resistent gegen Metronidazol wird. Obwohl Metronidazol noch
immer erfolgreich gegen E. histolytica ist, könnten in der
Zukunft doch neue Wirkstoffe gebraucht werden, deshalb haben wir neue
Substanzen getestet, wie zum Beispiel den Anti-Leishmanienwirkstoff
Miltefosin, und weitere Tests sind in einem neuen FFG-geförderten
Kooperationsprojekt zusammen mit Doz. Dr. J. Walochnik (Abteilung für Medizinische
Parasitologie) und Prof. Dr. H. Greger
(Department für Botanische Systematik und Evolutionsforschung,
Universität Wien) geplant.
Ein
weiteres Langzeitprojekt sind antigene Strukturen von E. histolytica
und ihre Interaktion mit dem Menschen als Wirt. Wir konnten zum Beispiel
einen monoklonalen Antikörper gegen ein Proteophosphoglykan-Antigen
isolieren, der SCID-Mäuse passiv gegen einen
Amöbenleberabszeß schützt. Das gebundene Antigen
ähnelt in Struktur und Funktion dem CD68 Antigen (Makrosialin) von
phagozytierenden Immunzellen des menschlichen Wirts. In der Zukunft wollen
wir die Immunmodulation durch Bestandteile der Amöben noch weiter
untersuchen.
Acanthamoeba
castellanii
A.
castellanii
Zysten sind resistent gegen Desinfektionsmittel und Antibiotika und das
erschwert die Behandlung von Akanthamoeben-Infektionen beträchtlich.
Zusätzlich können diese Zysten lebende pathogene Bakterien wie
zum Beispiel Legionella pneumophila aufnehmen und so schützen.
In einem FWF Projekt zusammen mit Doz. Dr. J. Walochnik und Prof. Dr.
Günter Allmaier (Institut für Chemische Technologien und
Analytik, Technische Universität Wien) studieren wir die
Differenzierung von Trophozoiten zur Zyste auf der Ebene der Protein- und
Genexpression.
Weitere
Projekte
In einer
Zusammenarbeit mit Prof. Dr. U. Wiedermann-Schmidt und weiteren Kollegen im
Institut untersuchen wir die Prävalenz von DNA-Sequenzsubtypen von Bordetella
pertussis Stämmen, die aus Patienten isoliert worden waren. Das
Ziel des vom Jubiläumsfonds der Nationalbank geförderten
Projektes ist es, die Verteilung dieser B. pertussis Subtypen in
Österreich zu erheben. Dahinter steht die Frage, ob der Druck, der
durch die weitverbreitete Impfung ausgeübt wird, zur Selektion und
Verbreitung von neuen Bakterienstämmen führen kann.
In einem
weiteren Kooperationsprojekt, das zur Zeit von der
Hochschuljubiläumsstiftung der Universität Wien geförderet
wird, untersuchen wir die Relevanz von Haushaltsmotte wie zum Beispiel der
Dörrobstmotte Plodia interpunctella als Verursacher von Typ I
Allergien. Wir konnten dabei zum Beispiel die Argininkinase (Plo i 1) und
andere häufige Mottenproteine als Allergene identifizieren. Derzeit
untersuchen wir, wie hoch die Prävalenz von IgE-Antikörpern gegen
diese Mottenproteine in verschiedenen Patientengruppen aus verschiedenen
Ländern ist, und inwieweit sich die rekombinanten Antigene im
Mausmodell wie typische Allergene verhalten.
Ausgewählte
neuere Publikationen:
1. The
genome of the protist parasite Entamoeba histolytica.
B.
Loftus*, I. Anderson, R. Davies, U. C. M. Alsmark, J. Samuelson, P. Amedeo,
P. Roncaglia, M. Berriman, R. P. Hirt, B. J. Mann, T. Nozaki, B. Suh, M.
Pop, M. Duchêne, J. Ackers, E. Tannich, M. Leippe, M. Hofer, I.
Bruchhaus, U. Willhoeft, A. Bhattacharya, T. Chillingworth, C. Churcher, Z.
Hance, B. Harris, D. Harris, K. Jagels, S. Moule, K. Mungall, D. Ormond, R.
Squares, S. Whitehead, M. A. Quail, E. Rabbinowitsch, H. Norbertczak, C.
Price, Z. Wang, N. Guillén, C. Gilchrist, S. E. Stroup, S.
Bhattacharya, A. Lohia, P. G. Foster, T. Sicheritz-Ponten, C. Weber, U. Singh,
C. Mukherjee, N. M. El-Sayed, W. A. Petri, Jr., C. G. Clark, T. M. Embley,
B. Barrell, C. M. Fraser, und N. Hall.
Nature, 433,
865-868 (2005).
2. Entamoeba histolytica:
analysis of the trophozoite proteome by two-dimensional polyacrylamide gel
electrophoresis.
D.
Leitsch, C. Radauer, K. Paschinger, I. B. H. Wilson, H. Breiteneder, O.
Scheiner, und M. Duchêne*.
Journal of Experimental Parasitology,
110, 191-195 (2005).
3. Entamoeba histolytica:
construction and applications of subgenomic databases.
M. Hofer
und M. Duchêne*
Journal of Experimental Parasitology,
110, 178-183 (2005).
4.
Structure and content of the Entamoeba histolytica genome.
C. G.
Clark*, M. Hofer, U. C. M. Alsmark, Y. Saito-Nakano, V. Ali, S. Marion, C.
Weber, C. Mukherjee, I. Bruchhaus, E. Tannich, M. Leippe, T.
Sicheritz-Ponten, P. G. Foster, C. J. Noël, R. P. Hirt, T. M. Embley,
J. Samuelson, C. A. Gilchrist, B. J. Mann, U. Singh, J. P. Ackers, S.
Bhattacharya, A. Bhattacharya, A. Lohia, N. Guillén, M. Duchêne,
T. Nozaki, und N. Hall
Advances
in Parasitology, 65, 51-190 (2007).
5.
Nitroimidazole action in Entamoeba histolytica: a central role for
thioredoxin reductase.
D. Leitsch, D. Kolarich, I. B. H. Wilson, F.
Altmann, und M. Duchêne*
PLoS
Biology, 5, e211 (2007).
6. Entamoeba histolytica : Response of
the parasite to metronidazole challenge on the levels of mRNA and protein
expression.
M. Tazreiter, D. Leitsch, E. Hatzenbichler,
G. E. Mair-Scorpio, R. Steinborn, M. Schreiber, and M. Duchêne
Experimental
Parasitology , 120, 403-410 (2008).
7. Acanthamoeba strains lose their
abilities to encyst synchronously upon prolonged axenic culture.
M. Köhsler, D. Leitsch, U. Fürnkranz,
M. Duchêne, H. Aspöck, and J. Walochnik.
Parasitology
Research , 102,
1069-1072 (2008).
8. Trichomonas vaginalis : metronidazole and
other nitroimidazole drugs are reduced by the flavin enzyme thioredoxin
reductase and disrupt the cellular redox system. Implications for
nitroimidazole toxicity and resistance.
D. Leitsch, D.
Kolarich, M. Binder, J. Stadlmann, F. Altmann, and M. Duchêne
Molecular
Microbiology , 72, 518-536
(2009).
R E S E A R C H P R O J E C T S
The group uses molecular biological
and biochemical methods to study human pathogenic microorganisms. We carry
out basic as well as applied research with Entamoeba histolytica as
the major focus.
Entamoeba histolytica
E. histolytica
causes amoebic dysentery and liver abscess and is responsible for up to 50
million cases of disease and 110,000 deaths each year. In the affluent
countries the protist parasite is no longer endemic but represents a
significant threat to travellers. Metronidazole has been the gold standard
for the treatment of invasive amoebiasis for more than 40 years without the
emergence of any clinically relevant resistance. Although the drug is so
successful, there is only limited understanding of on its action on the
molecular level, and why E. histolytica has not become resistant
whereas other microorganisms such as Trichomonas vaginalis
and Helicobacter pylori have. These complex questions have
been addressed in our group in a project funded by the FWF in collaboration
with the group of Prof. Dr. F. Altmann Friedrich Altmann (Department of Chemistry, University of Natural
Resources and Applied Life Sciences
(BOKU)). Our part in the international E. histolytica genome project
was to study metabolic pathways, and the availability of the genome data
allowed us to study metronidazole effects on the level of the proteome. We
could show for the first time that cysteine groups in few selected
proteins, among them several proteins involved in the protection from
oxidative stress, were covalently modified by activated metronidazole. Free
thiols such as cysteine were also modified by the activated drug, and
cysteine was able to protect the amoebae against metronidazole. We could
also identify thioredoxin reductase, one of the modified proteins as a
metronidazole-activating enzyme. In the coming years we plan to study how
these chemical modifications interfere with the life of the amoebae, and if
the same processes are found in other parasites such as T. vaginalis,
and why T. vaginalis develops resistance much faster than E.
histolytica. Although metronidazole remains successful in E.
histolytica, new drugs may be needed in the future, therefore we have
tested new substances such as the anti-leishmanial miltefosine, and further
tests are planned in a new collaborative FFG-funded project together with
Doz. Dr. J. Walochnik (Department of Medical Parasitology) and Prof. Dr. H. Greger (Department of Systematic and
Evolutionary Botany, University of Vienna).
The second long term interest are
antigenic structures from E. histolytica and their interaction with
the human host. For example a monoclonal antibody against a
proteophosphoglycan antigen was raised which provides passive protection in
a mouse model. The antigen appears to have similarities in structure and
function to the CD68 antigen from phagocytic immune cells of the human
host. In the future we plan to look more at immunomodulation by amoebic
factors.
Acanthamoeba castellanii
A. castellanii
cysts are resistant to disinfectants and antibiotics, and therefore can
render therapy of acanthamoeba infections very difficult, in addition these
cysts can shelter pathogenic bacteria such as Legionella pneumophila.
In an FWF project together with Doz. Dr. J. Walochnik and Prof. Dr.
Günter Allmaier (Institute of Chemical Technologies and
Analytics, Vienna University of Technology) we
study the differentiation from trophozoite to cyst on the levels of the
proteome and gene expression.
Other projects
In a collaboration with Prof. Dr. U.
Wiedermann-Schmidt and colleagues we examine the prevalence of DNA sequence
subtypes of Bordetella pertussis strains isolated from pertussis
patients. The aim of the project funded by the "Jubiläumsfonds
der Nationalbank" is to evaluate the prevalence of various B.
pertussis subtypes in Austria.
This is to address the question whether vaccination pressure in the
population may lead to the emergence of new strains.
In a collaborative allergy project
currently funded by the "Hochschuljubiläumsstiftung der
Universität Wien" we investigate the relevance of household moths
such as the Indianmeal moth Plodia interpunctella as causative
agents of Type I allergy. We were able to identify arginine kinase (Plo i
1) and other abundant moth proteins as allergens and study the
moth-specific IgE in various patient groups from different countries as
well as the development of allergy in a mouse model.
Selected recent
publications:
1. The genome of the protist parasite Entamoeba
histolytica.
B. Loftus*, I. Anderson, R. Davies, U.
C. M. Alsmark, J. Samuelson, P. Amedeo, P. Roncaglia, M. Berriman, R. P.
Hirt, B. J. Mann, T. Nozaki, B. Suh, M. Pop, M. Duchêne, J. Ackers,
E. Tannich, M. Leippe, M. Hofer, I. Bruchhaus, U. Willhoeft, A.
Bhattacharya, T. Chillingworth, C. Churcher, Z. Hance, B. Harris, D.
Harris, K. Jagels, S. Moule, K. Mungall, D. Ormond, R. Squares, S.
Whitehead, M. A. Quail, E. Rabbinowitsch, H. Norbertczak, C. Price, Z.
Wang, N. Guillén, C. Gilchrist, S. E. Stroup, S. Bhattacharya, A.
Lohia, P. G. Foster, T. Sicheritz-Ponten, C. Weber, U. Singh, C. Mukherjee,
N. M. El-Sayed, W. A. Petri, Jr., C. G. Clark, T. M. Embley, B. Barrell, C.
M. Fraser, and N. Hall.
Nature, 433,
865-868 (2005).
2. Entamoeba histolytica:
analysis of the trophozoite proteome by two-dimensional polyacrylamide gel
electrophoresis.
D.
Leitsch, C. Radauer, K. Paschinger, I. B. H. Wilson, H. Breiteneder, O.
Scheiner, and M. Duchêne*.
Journal of Experimental Parasitology,
110, 191-195 (2005).
3. Entamoeba histolytica:
construction and applications of subgenomic databases.
M. Hofer and M. Duchêne*
Journal of Experimental Parasitology,
110, 178-183 (2005).
4.
Structure and content of the Entamoeba histolytica genome.
C. G.
Clark*, M. Hofer, U. C. M. Alsmark, Y. Saito-Nakano, V. Ali, S. Marion, C.
Weber, C. Mukherjee, I. Bruchhaus, E. Tannich, M. Leippe, T.
Sicheritz-Ponten, P. G. Foster, C. J. Noël, R. P. Hirt, T. M. Embley,
J. Samuelson, C. A. Gilchrist, B. J. Mann, U. Singh, J. P. Ackers, S.
Bhattacharya, A. Bhattacharya, A. Lohia, N. Guillén, M.
Duchêne, T. Nozaki, and N. Hall
Advances
in Parasitology, 65, 51-190 (2007).
5.
Nitroimidazole action in Entamoeba histolytica: a central role for
thioredoxin reductase.
D. Leitsch, D. Kolarich, I. B. H. Wilson, F.
Altmann, und M. Duchêne*
PLoS
Biology, 5, e211 (2007).
6. Entamoeba histolytica : Response of
the parasite to metronidazole challenge on the levels of mRNA and protein
expression.
M. Tazreiter, D. Leitsch, E. Hatzenbichler,
G. E. Mair-Scorpio, R. Steinborn, M. Schreiber, and M. Duchêne
Experimental
Parasitology , 120,
403-410 (2008).
7. Acanthamoeba strains lose their
abilities to encyst synchronously upon prolonged axenic culture.
M. Köhsler, D. Leitsch, U. Fürnkranz,
M. Duchêne, H. Aspöck, and J. Walochnik.
Parasitology
Research , 102,
1069-1072 (2008).
8. Trichomonas vaginalis : metronidazole and
other nitroimidazole drugs are reduced by the flavin enzyme thioredoxin
reductase and disrupt the cellular redox system. Implications for
nitroimidazole toxicity and resistance.
D. Leitsch, D.
Kolarich, M. Binder, J. Stadlmann, F. Altmann, and M. Duchêne
Molecular
Microbiology , 72, 518-536
(2009).
|
