| Tytuł projektu: Zrozumienie wieloskalowych mechanizmów antybakteryjnej odporności wrodzonej na poziomie pojedynczych komórek |
Umowa:
UMO-2022/45/B/NZ6/01643
Czas realizacji:
2023-09-01 / 2026-08-31
Konsorcjum:
Jedyny wykonawca
Sponsor:
NCN
Typ:
OPUS
Konkurs:
Lista wykonawców:
| 1 | prof. dr hab. inż. | Paweł Paszek♦ |
| 2 | mgr | Niharika Purkait |
| ♦ kierownik |
Streszczenie:
Ssaki nabyły wrodzony układ odpornościowy, który broni organizm gospodarza przed infekcjami bakteryjnymi. Jednak aktywacja odpowiedzi immunologicznych jest z natury procesem niejednorodnym, co powoduje ze interakcje typu gospodarz-patogen na poziomie pojedynczej komórki charakteryzują się różnymi i losowymi skutkami. W jaki sposób, pomimo tej heterogeniczności populacje komórek odpornościowych odpowiadają w sposób skoordynowany i funkcjonalny pozostaje jednym z najważniejszych i wciąż otwartych problemów w podstawowych badaniach biologii systemów i immunologii.
W tym projekcie zbadamy oddziaływania pomiędzy makrofagami układu wrodzonej odporności z bakterią Listeria monocytogenes (Lm), która powoduje wysoką zachorowalność i śmiertelność u ludzi. Nasze dane pokazują, że oddziaływania między Lm i makrofagami, kluczowe dla przebiegu ogólnej infekcji, krytycznie zależą od niewielkiej części patogenów, które replikują i rozprzestrzeniają się w populacji komórek gospodarza. Podczas gdy strategia bakterii polega na zakłócaniu odpowiedzi gospodarza, postulujemy, że efektywna odpowiedz immunologiczna wynika z wieloskalowej koordynacji pomiędzy pojedynczymi i heterogenicznymi komórkami gospodarza poprzez nowe mechanizmy typu „quorum-like sensing” oraz adaptacje na podwyższoną temperaturę (gorączkę).
CELE PROJEKTU: Głównym celem projektu jest ilościowe zrozumienie mechanizmów koordynacji wrodzonych odpowiedzi immunologicznych na infekcje bakteryjne na poziomie pojedynczych komórek. W przeciwieństwie do poprzednich badań, skupimy się na oddziaływaniach charakteryzowanych poprzez fizjologicznie niskie wielości infekcji oraz efektu podwyższanej temperatury (gorączki), które powodują niejednorodne i stochastyczne efekty w zakażonej populacji gospodarza. Naszymi głównymi celami są:
1) Wyjaśnienie, w jaki sposób dynamiczne odpowiedzi ścieżek NF-kB/STAT/IRF kodują informacje o zachowaniu bakterii i wyniku infekcji. Używając mikroskopii przyżyciowej, przeanalizujemy odpowiedzi gospodarza w zakażonych komórkach jako funkcję gęstości i temperatury, i zrozumiemy, w jaki sposób regulują one różne (i pozornie losowe) wyniki oddziaływań gospodarz-patogen.
2) Zrozumienie populacyjnych strategii obronnych gospodarza. Zbadamy, w jaki sposób sygnalizacja parakrynna oraz adaptacja na zmiany temperatury koordynują reakcje zapalne na poziomie całej populacji. W szczególności zbadamy rolę sygnalizacji TNFa, IL1b, IL6 i IFNa/b w tym procesie.
3) Ustalenie czy zmienność odpowiedzi gospodarza i patogenu jest współregulowana jako podstawowy mechanizm odpornościowy. Wykorzystamy metody smFISH i immunofluorescencje, aby zmierzyć odpowiedzi makrofagów gospodarza, a także mikroskopie przyżyciową, aby monitorować aktywację regulonu PrfA w Lm z rozdzielczością pojedynczej bakterii.
4) Opracowanie predykcyjnych modeli matematycznych odpowiedzi immunologicznej na Lm z wykorzystaniem perturbacji genetycznych i chemicznych, w celu manipulacji wyników infekcji.
METODY: Aby kompleksowo zrozumieć niejednorodny i dynamiczny charakter infekcji, zastosujemy podejście biologii systemów na poziomie pojedynczych komórek. Wykorzystamy mikroskopia konfokalną do monitorowania aktywacji NF-kB/STAT/IRF w czasie rzeczywistym wraz z wirulencja regulonu PrfA i zachowaniem Lm. smFISH i immunofluorescencja posłuży do pomiarów ekspresji genów zależnych w różnych subpopulacjach komórek gospodarza. Stochastyczne i deterministyczne modele matematyczne opiszą ilościowo strategie obronne gospodarza i dostarczenia nowych predykcji.
ZNACZENIE WYNIKOW BADAŃ: Projekt ten zapewni nowe mechanistyczne i ilościowe zrozumienie interakcji między makrofagami gospodarza a Lm, a także posłuży jako paradygmat do zrozumienia odpowiedzi na podobne bakterie. Kompleksowe modele matematyczne pozwolą wyjaśnić mechanizmy wrodzonego układu odpornościowego zaangażowanego w reakcje przeciwbakteryjne. Opracowane narzędzia i podejścia eksperymentalne będą miały szerokie zastosowanie w przypadku innych patogenów i systemów ekspresji genów, np. rozwoju i raka, na poziomie pojedynczych komórek.
rak streszczenia