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Despite intense research efforts, a safe and effective HIV-1/AIDS vaccine still remains far away. HIV-1 escapes the humoral immune response through various mechanisms and until now, only a few nAbs have been identified. A promising strategy to identify new epitopes that may elicit such nAbs is to dissect and analyze the humoral immune response of sera with broadly reactive nAbs. The identified epitopes recognized by these antibodies might then be incorporated into a vaccine to elicit similar nAbs and thus provide protection from HIV-1 infection. Using random peptide phage display libraries, the Ruprecht laboratory has identified the epitopes recognized by polyclonal antibodies of a rhesus monkey with high-titer, broadly reactive nAbs that had been induced after infection with a SHIV encoding env of a recently transmitted HIV-1 clade C. The laboratory analyzed phage peptide inserts for conformational and linear homology with computational assistance. Several of the identified peptides mimicked domains of the original HIV-1 clade Env, such as conformational V3 loop epitopes and the conserved linear region of the gp120 C-terminus. As part of this work, these mimotopes were analyzed for cross-reactivity with other sera obtained from rhesus monkeys with nAbs and antibody recognition was shown for several mimotopes, particularly those representing the V3 loop. In addition, these mimotopes were incorporated into a novel DNA prime/phage boost strategy to analyze the immunogenicity of such phage-displayed peptides. Mice were primed only once with HIV-1 clade C gp160 DNA and subsequently boosted with mixtures of recombinant phages. This strategy was designed to focus the humoral immune response on a few, selected Env epitopes (immunofocusing) and induced HIV-1 clade C gp160 binding antibodies and cross-clade nAbs. Furthermore, the C-terminus of gp120, a conserved HIV Env region, was linked to the induction of nAbs for the first time. The identification of such conserved antigens may lead to the development of a vaccine that is capable of inducing broadly reactive nAbs that might confer protection form HIV-1 infection.
Machbarkeitsstudie bezüglich der Einführung Hochaktiver Antiretroviraler Therapie (HAART) in Namibia/Afrika. 1) Es erfolgt eine Dokumentation des Projektes(Therapieregime, örtliche Gegebenheiten, Personal, Einschluss-und Ausschlusskriterien) und 2) eine statistische Auswertung verschiedener Laborparameter (Leukozyten, Hb, Gewicht/BMI, CD4) unter der Therapie. 3) Untersuchung der Todesfälle mit der Frage nach prognostischer Vorhersagekraft verschiedener Parameter. 4) Ergebniss: Verbesserung von Lebensqualität und Lebensdauer betroffener Patienten durch die Therapie. Die weitere Einführung von HAART in afrikanischen Ländern wird ausdrücklich empfohlen.
Im Jahr 2015 wurde Plasmaproben von 161 HIV-positive Menschen auf HIV-Drug-Resistance untersucht. Die Patienten waren therapienaiv und wurde am Lighthouse-Hospital in Lilongwe, die Hauptstadt Malawis behandelt. Es zeigte sich eine HIVDR von insgesamt 17% welche aus mehreren Gesichtspunkte dargestellt worden sind, um zu zeigen ob 20105 in Malawi eingesetzte first-line Therapieregime eine gute Wirksamkeit zeigte.
Bestimmung der Prävalenz medikamentenresistenter HIV-Infektionen bei therapienaiven Patienten in der Viktoriasee-Region in Tansania
Seitdem HIV im Jahr 1983 als Ursache des „acquired immundeficiency syndrome“ (AIDS) isoliert wurde, hat sich viel in der Therapie dieser Infektion getan. Trotzdem handelt es sich um eine Erkrankung, welche bisher nicht geheilt werden kann. Da der weitaus größere Anteil der betroffenen Menschen in strukturschwachen Ländern lebt, ist die größte Herausforderung, eine flächendeckende Therapie weltweit zu etablieren und diese für jeden zugänglich zu machen.
Aufgrund der hohen Mutationsrate des HI-Virus, kommt es zur schnellen Resistenzentwicklung. In strukturschwachen Ländern wie Tansania ist eine Resistenztestung vor Therapiebeginn aktuell aufgrund fehlender Infrastruktur sowie geringer finanzieller Mittel nicht denkbar. Deshalb wird nach WHO-Empfehlung eine standardisierte Dreifachkombination, in der Regel Tenofovir, Lamivudin und Efavirenz, angewendet, ohne vorher eine Resistenztestung vorzunehmen. In regelmäßigen Nachuntersuchungen wird anhand von Viruslast und CD4-Zahl der Erfolg der begonnenen Therapie gemessen und nur bei einem Versagen dieser eine Umstellung vorgenommen.
Bereits im Jahr 2011 wurde von unserer Arbeitsgruppe (Kasang, Kalluvya et al.) nachgewiesen, dass eine deutlich höhere Prävalenz für Primärresistenzen von HI-Viren gegenüber antiretroviraler Therapie bestand, als zuvor angenommen. Betrachtet wurden dabei alle Patienten, welche neu als HIV-positiv getestet wurden und nun therapiert werden sollten. Neu war, dass auch ältere Patienten (>25 Jahre) mit einbezogen wurden. Aufgrund der hohen Prävalenz an Primärresistenzen (19%) nahm man an, dass durch antiretrovirale Therapie entstandene resistente Viren zwischen Partnern direkt übertragen werden können.
In der vorliegenden Arbeit sollte durch die Untersuchung einer größeren Patientengruppe dieser These nachgegangen werden. Untersucht wurde das Plasma von 114 Patienten (> 25 Jahre), welche unmittelbar vor dem Start einer antiretroviralen Therapie standen und bisher therapienaiv waren. Zur Bestimmung von möglicherweise vorliegenden Resistenzen erfolgte im S3-Labor zunächst die Isolierung der Virus-RNA aus dem Plasma. Diese wurde anschließend in DNA umschrieben, amplifiziert, aufgereinigt und sequenziert. Die Sequenzen wurden online durch die „HIV DRUG RESISTANCE DATABASE“ der Stanford University im Hinblick auf den Subtyp der reversen Transkriptase (RT), der Protease sowie auf Resistenzen gegenüber den gängigen aniretroviralen Medikamenten analysiert mit folgenden Ergebnissen:
1. Die Prävalenz für eine Primärresistenz gegenüber antiretroviralen Medikamenten betrug 21,5 %
2. Die Medikamente der Triple-Therapie waren in der untersuchten Gruppe mit einer Prävalenz von 10,53 % betroffen.
3. Diese Ergebnisse sind besorgniserregend und bestätigen die von Kasang, Kalluvya et al. aufgestellte These
Für den weitaus größeren Teil der untersuchten Patienten wäre jedoch die Triple-Therapie ohne kostspielige und aufwendige Resistenztestung ausreichend gewesen. Vorderstes Ziel bleibt somit die finanziellen Ressourcen weiterhin Zugänglichkeit der medikamentösen Behandlung zu nutzen, da dies die beste Methode ist, die Ausbreitung dieser Pandemie einzudämmen. Dennoch werden in den nächsten Jahren weiterhin Untersuchungen mit noch größeren Patientenzahlen nötig sein, um die Wirksamkeit des aktuellen Therapieregimes ständig zu überprüfen und gegebenenfalls eine Anpassung vorzunehmen.
Infectious diseases are still a significant cause of morbidity and mortality worldwide. Despite the progress in drug development, the occurrence of microbial resistance is still a significant concern. Alternative therapeutic strategies are required for non-responding or relapsing patients. Chimeric antigen receptor (CAR) T cells has revolutionized cancer immunotherapy, providing a potential therapeutic option for patients who are unresponsive to standard treatments. Recently two CAR T cell therapies, Yescarta® (Kite Pharma/Gilead) and Kymriah® (Novartis) were approved by the FDA for the treatments of certain types of non-Hodgkin lymphoma and B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia, respectively. The success of adoptive CAR T cell therapy for cancer has inspired researchers to develop CARs for the treatment of infectious diseases. Here, we review the main achievements in CAR T cell therapy targeting viral infections, including Human Immunodeficiency Virus, Hepatitis C Virus, Hepatitis B Virus, Human Cytomegalovirus, and opportunistic fungal infections such as invasive aspergillosis.
Background and Objective: Staphylococcus aureus is one of the major pathogens of nosocomial infections as wells as community-acquired (CA) infections worldwide. So far, large-scale comprehensive molecular and epidemiological characterisation of S. aureus from very diverse settings has not been carried out in India. The objective of this study is to evaluate the molecular, epidemiological and virulence characteristics of S. aureus in both community and hospital settings in Chennai, southern India. Methods: S. aureus isolates were obtained from four different groups (a) healthy individuals from closed community settings, (b) inpatients from hospitals, (c) outpatients from hospitals, representing isolates of hospital-community interface and (d) HIV-infected patients to define isolates associated with the immunocompromised. Antibiotic susceptibility testing, multiplex polymerase chain reactions for detection of virulence and resistance determinants, molecular typing including Staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec) and agr typing, were carried out. Sequencing-based typing was done using spa and multilocus sequence typing (MLST) methods. Clonal complexes (CC) of hospital and CA methicillin-resistant S. aureus (MRSA) were identified and compared for virulence and resistance.
Results and Conclusion: A total of 769 isolates of S. aureus isolates were studied. The prevalence of MRSA was found to be 7.17%, 81.67%, 58.33% and 22.85% for groups a, b, c and d, respectively. Of the four SCCmec types (I, III, IV and V) detected, SCCmec V was found to be predominant. Panton-Valentine leucocidin toxin genes were detected among MRSA isolates harbouring SCCmec IV and V. A total of 78 spa types were detected, t657 being the most prevalent. 13 MLST types belonging to 9 CC were detected. CC1 (ST-772, ST-1) and CC8 (ST238, ST368 and ST1208) were found to be predominant among MRSA. CA-MRSA isolates with SCCmec IV and V were isolated from all study groups including hospitalised patients and were found to be similar by molecular tools. This shows that CA MRSA has probably infiltrated into the hospital settings.
In this thesis, computational structure-based design approaches were employed to target the HIV-1 integrase and the macrophage infectivity potentiator (MIP) of Legionella pneumophila. The thesis yields valuable information about the mechanism of action of a known class of integrase inhibitors and a novel approach towards enzyme inhibition, which still is mainly unaddressed in current integrase research. For the MIP enzyme, two small-molecule MIP inhibitors were discovered. The computational studies of HIV-1 integrase have provided valuable information for IN inhibitor design. Docking experiments supported the hypothesis that the well-known diketo acid inhibitors enter the IN active site not as free ligands, but rather as metal complexes. These results help to reveal the mechanism of action of this important class of IN inhibitors.To give an impulse for the development of a novel class of inhibitors, a new strategy towards IN inhibition was introduced: An alternative binding site, the dimerization interface of an IN catalytic core domain monomer, was explored for inhibitor design. The lack of structural data of the free monomer was overcome by extensive MD studies. Snapshots derived from the MD simulation were used as protein input structures in a docking study with the inhibitory peptide YFLLKL to reveal its potential binding mode. The docking procedure showed that the peptidic ligand binds to a dimerization interface conformation which shows a Y-shaped binding site.. The next step was to address this protein conformation with small, non-peptidic molecules. The first strategy towards finding small-molecule interface binders was to create a pharmacophore model with hydrophobic features and shape constraints, aiming to find molecules with a good complementarity to the Y-shaped dimerization interface. Virtual screening yielded a total of 10 compounds, which all displayed good shape complementarity and favorable hydrophobic interactions. Unfortunately, none of the compounds showed a reproducible inhibitory activity in biological assays. Some doubts remain about the validity of the assay results: The use of BSA was critical, since it is not unlikely that BSA “intercepted” the hydrophobic candidate compounds. The first strategy towards finding small-molecule dimerization inhibitors was reconsidered: In the second approach, the satisfaction of hydrogen bonding residues at the dimerization interface, was of major interest. Two pharmacophore models were employed, which retrieved several hundred hit molecules. However, docking of these molecules showed that still many hydrogen bonding groups of the protein remained unaddressed by the ligands. Eventually, after visual inspection, only eight molecules were selected as candidate compounds for further testing (results pending). This small “yield” underlines the difficulties in finding interface binders: The IN dimerization interface is a peculiar target with frequently alternating basic, acidic, and hydrophobic residues. It is not a well-ordered binding site with continuous hydrophobic areas and distinct hydrogen bond donors / acceptors. Other protein-protein interfaces show such well-ordered binding sites. Accordingly, the peculiarity of the IN dimerization interface, in addition to the delicate task of disrupting protein-protein interactions at all, makes the development of IN dimerization inhibitors very challenging. For MIP, the studies revealed two experimentally validated MIP inhibitors, which significantly reduce MIP enzymatic activity. To our knowledge, no small-molecule MIP inhibitor has been reported in the literature so far. A detailed analysis of the available structural data of MIP and a comparison to the human PPIase counterpart, FKBP12, pointed out a conformational diversity among the MIP structures and a crucial difference between the two PPIases, which could be traced to mainly one residue (Tyr109). The detailed comparison of FKBP12 and MIP complex structures made it possible to give an explanation, why a ketoacyl-substituted pipecoline derivative most probably does not bind to MIP, but a sulfone-substituted pipecoline derivative does bind to MIP. Knowledge of Legionella MIP inhibitors could be transferred also to other organisms (e.g. trypanosoms), where homologous MIP proteins are also pathological factors.
The Human Immunodeficiency Virus type 1 (HIV-1) subtype C is currently the predominant subtype worldwide. Cell culture studies of Sub-Saharan African subtype C proviral plasmids are hampered by the low replication capacity of the resulting viruses, although viral loads in subtype C infected patients are as high as those from patients with subtype B. Here, we describe the sequencing and construction of a new HIV-1 subtype C proviral clone (pZAC), replicating more than one order of magnitude better than the previous subtype C plasmids. We identify the env-region for being the determinant for the higher viral titers and the pZAC Env to be M-tropic. This higher replication capacity does not lead to a higher cytotoxicity compared to previously described subtype C viruses. In addition, the pZAC Vpu is also shown to be able to down-regulate CD4, but fails to fully counteract CD317.
Forschungsthema: Das Verstaendnis von Sexualitaet und das sexuelle Verhalten verschiedener sich hinsichtlich ihres Abstammungssystems und ihrer kulturellen Herkunft unterscheidender Bevoelkerungsgruppen im Einzugsbereich eines laendlichen Krankenhauses im Sueden Malawis. Ziel: Erarbeiten einer Grundlage für die Planung unter lokalen Bedingungen durchfuehrbarer Interventionsmaßnahmen bezueglich der Ausbreitung von HIV/AIDS. Methoden: Standardisierte Interviews an 1077 Personen dienten der Erhebung von Daten zum Sexualverhalten. Problemzentrierte Interviews mit Repraesentanten von 38 Doerfern wurden dazu genutzt, das derzeitige Sexualitaetsverstaendnis der lokalen Bevoelkerung und die Aktualitaet traditioneller Praktiken im Zusammenhang mit Sexualitaet zu eruieren. Ergebnisse: Diese zeigten ein allgemein niedriges Einstiegsalter in sexuelle Aktivitaeten bei Frauen (im Mittel 17,0 J., beginnend mit 9 J.). Bei Maennern wurde der Beginn des Sexuallebens mit zunehmend niedrigerem Alter angegeben, je juenger sie waren (im Mittel 14,7 J. bei <20jaehrigen vs. 23,9 J. bei >40jaehrigen). Das Sexualverhalten d. Maenner unterschied sich von dem d. Frauen durch eine hoehere voreheliche (67% vs. 22%) und außereheliche (27% vs. 4%) sexuelle Aktivitaet und eine groeßere Zahl von Sexualpartnern. Die Gesamtzahl der Sexualpartner betrug bei ueber 1/4 der Maenner 5 oder mehr, waehrend Frauen nur in 13% mehr als 2 angaben. Eine hoehere Schulbildung fuehrte vor allem bei Maennern zu risikoreicherem Sexualverhalten aber auch zu einer hoeheren Bereitschaft, Praeventionsmaßnahmen zu ergreifen. Gebildetere Frauen hatten zwar ebenfalls vermehrt voreheliche Sexualkontakte, verschoben den Beginn ihres Sexuallebens aber ins spaetere Lebensalter. Auch bei ihnen ging eine hoehere Bildung mit haeufigerer Kondombenutzung einher, die aber im Allgemeinen niedrig war. Insgesamt zeigte sich eine große Differenz zwischen der Anzahl sexuell aktiver Personen und der verheirateter Personen in den juengeren Altersgruppen, wie sie typisch ist fuer Laender mit hoher HIV-Praevalenz. Traditionellen Praktiken, die riskantes Sexualverhalten beguenstigen oder involvieren wie Reinigungsrituale nach dem Tod eines Menschen (kupita kufa) und andere Uebergangsriten, wurde eine hohe Aktualitaet zugeschrieben. 8,7% der Frauen und 3,3% der Männer gaben an, ein solches Ritual mit einem anderen als ihrem Ehepartner durchgefuehrt zu haben. Matrilinearitaet foerderte bei Frauen einen frueheren Beginn sexueller Aktivitaet (16,1 vs. 17,7 J.). Patrilinearitaet dagegen beguenstigte den Einsatz fremder Sexualpartner bei sexualitaetsassoziierten Ritualen. Die Befragten machten deutlich, dass die Einhaltung sexueller Normen durch eine Reihe von Tabus geregelt werde und ihre Transgression eine mdulo genannte Krankheit (keine Krankheitsentitaet im westlichen Sinne) zur Folge haben koenne. Die Aehnlichkeit der Symptome und die Verursachung durch sexuelles Verhalten fuehren offenbar trotz einer generell hohen Aufgeklaertheit zum Thema HIV zu einer Verwechslung von AIDS mit mdulo. Symptome des letzteren wurden in der Befragung im gleichen Atemzug mit AIDS genannt. Verleugnungs- und Externalisierungstendenzen im Zusammenhang mit AIDS zeigten sich darin, dass AIDS kein einziges Mal als Todesursache eines Angehoerigen genannt wurde. Schlussfolgerungen: Generell sollte eine Verschiebung des Beginns sexueller Aktivitaet in ein hoeheres Lebensalter bei Maennern und bei Frauen angestrebt werden. Bei Maennern scheint es außerdem sinnvoll, auf eine Reduktion der Partnerzahl hinzuarbeiten. Die Position von Maedchen und jungen Frauen sollte gestaerkt werden, um ihnen eigenverantwortliche Entscheidungen hinsichtlich ihres Sexuallebens zu ermoeglichen. Kondome sollten verstaerkt propagiert werden, sowohl als Protektivum bei Gelegenheitssex als auch zum Schutz eines moeglicherweise nicht infizierten Partners innerhalb einer ehelichen Beziehung. Traditionelle Praktiken, die riskanten Sex involvieren, sollten nach Moeglichkeit zugunsten alternativer Methoden verlassen werden. Und schließlich sollte eine bessere Akzeptanz der Diagnose AIDS angestrebt werden bei gleichzeitiger Abgrenzung von AIDS gegen traditionelle Konzepte von mdulo. Maßnahmen auf lokaler Ebene: 1. Arbeit mit vulnerablen Personen: junge Maedchen und Frauen mit eher niedrigem Bildungsstatus, junge Maenner mit hoeherer Bildung, Gesundheitspersonal, Sexarbeiterinnen. 2. Arbeit mit Personen, die als Mediatoren sexueller Normen fungieren und Verhaltensaenderungen bewirken können. 3. Foerderung der Akzeptanz der Diagnose AIDS und Vorbeugung von Verleugnungs- und Externalisierungstendenzen durch Einrichtung von VCT, regelmaeßiges diagnostisches Testen und Propagieren sowie Ausgabe von Kondomen.
Der Einfluss des PI3-Kinase Signalwegs auf die Regulation des alternativen HIV-1 prä-mRNA Spleißens
(2013)
In der vorliegenden Arbeit wurden ausgehend von HIV-1 basierten Minigenkonstrukten und der proviralen NL4-3 DNA die Einflüsse der PI3K Signalwegmodulation auf das alternative Spleißen der HIV-1 prä-mRNA sowie auf die Virus Replikation untersucht. Mittels RT-PCR Analysen konnte gezeigt werden, dass die PI3K Inhibition im Falle der HIV-1 basierten Minigenkonstrukte in einer erhöhten Abundanz ungespleißter bzw. intronhaltiger mRNAs resultierte, während im Kontext des Virus die Induktion alternativer Tat Transkriptvarianten nachgewiesen werden konnte. Als Folge der Inhibition des PI3K Signalwegs kam es zu einem vermehrten Einschluss der HIV-1 Leader Exone2/2b und 3. Da der Einschluss dieser Exone durch die hnRNP A/B- und F/H-abhängigen Silencer Elemente ESSV und GI2-1 negativ reguliert wird, wurde vermutet, dass die PI3K Inhibition mit der Funktionalität dieser spleißregulatorischen Aktivität interferiert. Unterstützt wurde diese Hypothese durch Replikationsexperimente mit ESSV und GI2-1 Mutanten in Gegenwart und Abwesenheit des PI3K-Inhibitors. Zusätzlich wurde auch der Einfluss des Inhibitors unter Überexpressionsbedingungen von hnRNP H auf das alternative HIV-1 Spleißen analysiert. In dieser Arbeit konnte ebenfalls gezeigt werden, dass die PI3K Inhibition ein verändertes hnRNP H Spleißmuster bedingt sowie die SR-Protein Phosphorylierung und Expression beeinflusst. Des Weiteren war es im Verlauf der vorliegenden Arbeit möglich, eine Interferenz der PI3K Modulation mit der Virus Replikation nachzuweisen. Die Überexpression der aktivierten Akt-Kinase lies hier nur eine sehr geringe Virus Produktion zu während die PI3K Inhibition diese auf ca. die Hälfte reduzierte. Weiterführende Experimente zeigten, dass die Überexpression der aktivierten Akt-Kinase den nuklearen Export Rev-abhängiger HIV-1 mRNAs zu blockieren scheint. Darüber hinaus beeinflusste die PI3K Inhibition neben dem alternativen HIV-1 Spleißen auch die virale Transkription sowie die zelluläre Translation. Zusammen könnten diese Effekte die reduzierte virale Replikation erklären. Der PI3K Signalweg spielt somit eine zentrale Rolle bei dem alternativen HIV-1 Spleißen und der viralen Replikation und bietet so die Möglichkeit der Entwicklung neuer Ansätze einer antiviralen Therapie.