Virale Evolution ist ein zentraler Forschungsbereich in unserem Team. RNA-Viren wie Hepatitis E oder Enteroviren zeigen eine enorme genetische Variabilität. Diese entsteht durch fehlende Proofreading-Mechanismen während der Replikation, durch Rekombination oder durch Selektion im Wirt.

Wir untersuchen, wie sich Viren innerhalb einzelner Infektionen und über größere Zeiträume hinweg verändern – etwa beim Übergang vom Tier auf den Menschen oder beim Entstehen antiviraler Resistenzen. Mithilfe von Hochdurchsatz-Sequenzierung und bioinformatischen Methoden analysieren wir virale Diversität, rekonstruieren phylogenetische Beziehungen und identifizieren Selektionsdrucke.

Ziel ist es, evolutionäre Muster zu erkennen, die zur Pathogenese beitragen oder neue Therapieansätze ermöglichen.

Viren verändern tiefgreifend die zelluläre Biologie ihrer Wirte. Unser Team untersucht, wie virale Infektionen immunologische Signalwege beeinflussen, Abwehrmechanismen aushebeln und entzündliche Reaktionen auslösen.

Wir analysieren, wie akute und chronische Infektionen das Gleichgewicht zwischen Immunaktivierung und Immunsuppression verschieben – und welche Folgen dies für Krankheitsverläufe und Viruspersistenz hat. Besonders interessieren uns regulatorische Netzwerke, die antivirale Effekte fördern oder hemmen.

Unser Ziel ist es, funktionelle Schlüsselpunkte der Virus-Wirt-Interaktion zu identifizieren, die Ansatzpunkte für neue Therapien bieten.

Infektionen beeinflussen biologische Systeme auf mehreren Ebenen – von der Genexpression einzelner Zellen bis hin zu komplexen Veränderungen ganzer Gewebe. Unser Ziel ist es, diese Prozesse ganzheitlich zu erfassen.

Dazu kombinieren wir Bulk-, Single-Cell- und Spatial-Transcriptomics mit proteomischen Ansätzen und modernen Analysemethoden. Mit dieser integrativen Perspektive rekonstruieren wir Infektionsverläufe in Raum und Zeit, entschlüsseln zelltypspezifische Reaktionen und identifizieren systemische Muster viraler Pathogenese.

Unsere Forschung liefert hochaufgelöste Einblicke in alle Schichten der Infektion – von molekularen Reaktionswegen über zelluläre Netzwerke bis zur Gewebearchitektur. So entstehen nicht nur neue Hypothesen zur Virus-Wirt-Interaktion, sondern auch Datengrundlagen für gezielte Interventionen.

Gruppenleiter Dr. Richard JP Brown

Viren sind obligate intrazelluläre Parasiten, die Wirtszellen kapern und umprogrammieren um die Vermehrung und Verbreitung ihrer Nachkommen zu ermöglichen. Der virale Lebenszyklus stellt dabei ein komplexes und mehrstufiges Zusammenspiel von virus-kodierten Proteinen dar, die mit Wirtsproteinen interagieren. Wirtsabhängige Faktoren erleichtern die virale Ausbreitung und sind in jedem Schritt des viralen Lebenszyklus (Adsorption, Eintritt, Entkapselung, Genomtranslation, Replikation, Assemblierung und Freisetzung) essentiell. Parallel dazu wird die zelluläre antivirale Antwort auf eine Infektion, die die virale Vermehrung durch unterschiedliche Mechanismen aktiv unterdrücken kann, durch Wirtsrestriktionsfaktoren vermittelt. Wirtsrestriktionsfaktoren können konstitutiv exprimiert oder nach einer Infektion als Teil des Interferonsystems induziert werden. Spezies- und Gewebetropismus werden daher durch ein fein abgestimmtes Gleichgewicht zwischen Wirtsabhängigkeit und Restriktionsfaktoren gesteuert.

In der Arbeitsgruppe Virustropismus konzentrieren wir uns auf Viren, die schwere Krankheiten beim Menschen verursachen. Unter Verwendung von Omics-Ansätzen in Kombination mit in vitro Experimenten identifizieren und charakterisieren wir Wirtsdeterminanten des Virustropismus von Spezies und Gewebe. Darüber hinaus untersuchen wir die Wirts-Transkriptionsantwort auf eine Vielzahl von Virusinfektionen, um globale zelluläre antivirale Prozesse in verschiedenen Spezies und Geweben zu analysieren und zu vergleichen. Unser Forschungsziel ist es, das Verständnis des viralen Lebenszyklus zu verbessern, Aufschluss über Pathogenese-Mechanismen und die Determinanten des Spezies- und Gewebetropismus zu geben und letztlich potenziell therapeutische Zielmoleküle im Wirt zu identifizieren.

Ausgewählte Publikationen:

Qu B, Miskey C, Gömer A, Kleinert RDV, Calvo-Ibanez S, Eberle R, Ebenig A, Postmus D, Nocke MK, Herrmann M, Itotia TK, Herrmann ST, Heinen N, Höck S, Hastert FD, von Rhein C, Schürmann C, Li X, van Zandbergen G, Widera M,  Ciesek S, Schnierle BS, Tarr AW, Steinmann E, Goffinet C, Pfaender S, Krijnse-Locker J, Mühlebach MD, Todt D, Brown RJP (2024)
‘TMPRSS2-mediated SARS-CoV-2 uptake boosts innate immune activation, enhances cytopathology, and drives convergent virus evolution’
PNAS. 121 (23): e2407437121
https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2407437121

Heinen N, Khanal R, Westhoven S, Klöhn M, Herrmann ST, Herrmann M, Tuoc T, Ulmke PA, Nguyen HD, Nguyen HP, Steinmann E, Todt D, Brown RJP, Sharma AD, Pfaender S (2023)
‘Productive infection of primary human hepatocytes with SARS-CoV-2 induces antiviral and proinflammatory responses’
Gut 2024: 73:e14
https://doi.org/10.1136/gutjnl-2023-330961

Ebenig A, Muraleedharan S, Kazmierski J, Todt D, Auste A, Anzaghe M, Gömer A, Postmus D, Gogesch P, Niles M, Plesker R, Miskey C, Gellhorn-Serra M, Breithaupt A, Hörner C, Kruip C, Ehmann R, Ivics Z, Waibler Z, Pfaender S, Wyler E, Landthaler M, Kupke A, Nouailles G, Goffinet C, Brown RJP, Mühlebach MD (2022)
‘Vaccine-associated enhanced respiratory pathology in COVID-19 hamsters after T_H2-biased immunization’
Cell Reports 40(7): 111214
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111214

Tegtmeyer B, Vieyres G, Todt D, Lauber C, Ginkel C, Engelmann M, Herrmann M, Pfaller CK, Vondran FWR, Broering R, Vafadarnejad E, Saliba AE, Puff C, Baumgärtner W, Miskey C, Ivics Z, Steinmann E, Pietschmann T, Brown RJP (2021)
‘Initial HCV infection of adult hepatocytes triggers a temporally structured transcriptional program containing diverse pro- and anti-viral elements’
Journal of Virology 95(10): e00245-21
https://doi.org/10.1128/JVI.00245-21

Brown RJP, Tegtmeyer B, Sheldon J, Khera T, Kusuma A, Todt D, Vieyres G, Weller R, Joecks S, Zhang Y, Wiechert S, Bankwitz D, Welsch K, Ginkel C, Engelmann M, Gerold G, Steinmann E, Yuan Q, Ott M, Vondran FWR, Krey T, Stroeh LJ, Miskey C, Ivics Z, Herder V, Baumgärtner W, Lauber C, Seifert M, Tarr AW, McClure CP, Randall G, Baktash Y, Ploss A, Dao Thi VL, Michailidis E, Saeed M, Verhoye L, Meuleman P, Goedeke N, Wirth D, Rice CM**, Pietschmann T (2020)
‘Liver expressed Cd302 and Cr1l limit hepatitis C virus cross species transmission to mice’
Science Advances 6(45): eabd3233
https://doi.org/10.1126/sciadv.abd3233