Herpes- und Polyomaviren sind evolutionär sehr alte DNA-Viren und bilden Infektionsreservoirs, welche nach einmal erfolgter Infektion lebenslang in ihrem Wirt fortbestehen. Während immunkompetente Personen diese Reservoirs effizient kontrollieren können, kann eine unzureichende Immunüberwachung, beispielsweise aufgrund von Immunsuppression oder altersbedingter Immunoseneszenz, zur Entwicklung schwerer chronischer Krankeiten führen, darunter Krebs und neurodegenerative Erkrankungen.

Die Forschungsabteilung Virus Genomik untersucht die molekularen Mechanismen, die eine lebenslange Persistenz ermöglichen, inbesondere in Hinblick auf das Zusammenspiel zwischen viralen Genomen und dem Chromatin-Regulationsapparat der Wirtszelle liegt. Ein wichtiger Forschungsschwerpunkt sind tumorogene DNA-Viren, darunter das Kaposi-Sarkom-assoziiertes Herpesvirus (KSHV) sowie das verwandte Epstein-Barr-Virus (EBV). Zusammen sind diese Viren für etwa 2 % aller weltweit auftretenden Krebsfälle verantwortlich. Zudem haben aktuelle Studien gezeigt, dass das EBV der Hauptauslöser für die Entstehung der Multiplen Sklerose (MS) ist. Bei den Polyomaviren stehen das Merkelzell-Polyomavirus (MCPyV) und das BK-Polyomavirus (BKPyV) im Zentrum unserer Forschung. Diese Viren können hochaggressive Hautkrebsarten und schwere Nierenerkrankungen verursachen.

Um diese Prozesse sowohl auf genomweiter Ebene als auch mit Einzelmolekül-Auflösung aufzuklären, kombinieren wir experimentelle Infektionsmodelle mit funktioneller Genomik, quantitativer Bildgebung und computergestützten Ansätzen. Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologien ermöglichen es uns, virale und zelluläre Genome, Transkriptome und Epigenome zu charakterisieren, während hochauflösende Live-Zell- und Einzelmolekül-Bildgebung uns in die Lage versetzen, einzelne virale Genome von ihrem Eintritt in den Zellkern bis zur Etablierung der Persistenz zu verfolgen. Zunehmend ergänzen wir konventionelle Zellkultursysteme durch physiologisch relevante dreidimensionale Modelle, darunter auch menschliche Organoide.

Ein weiterer Schwerpunkt der Abteilung ist die Anwendung der klinischen Metagenomik zur Diagnose von Infektionskrankheiten. Gemeinsam mit Partnern am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) haben wir eine Metagenomik-Plattform für den schnellen und umfassenden Nachweis von Erregern direkt aus klinischen Proben aufgebaut. Durch die Kombination von Hochdurchsatzsequenzierung mit spezieller bioinformatischer Analyse ermöglicht dieser Ansatz die Identifizierung von Viren, Bakterien und anderen Infektionserregern, ohne dass Verdachtshypothesen hinsichtlich des verursachenden Erregers erforderlich sind.

Die Plattform wird insbesondere zur Untersuchung komplexer und diagnostisch schwieriger Fälle eingesetzt, darunter Infektionen bei kritisch kranken und immungeschwächten Patienten, bei denen herkömmliche diagnostische Ansätze keine infektiöse Ursache identifizieren konnten. Über die Erkennung von Krankheitserregern hinaus können metagenomische Sequenzinformationen Einblicke in die Diversität der Krankheitserreger, Genomvariationen und potenzielle Übertragungswege liefern.

Wir wenden unsere Expertise in der Pathogengenomik zudem in der molekularen Epidemiologie und der genomischen Überwachung an. Während der SARS-CoV-2-Pandemie führte die Abteilung beispielsweise die systematische genomische Überwachung für den Großraum Hamburg durch. Aufbauend auf den im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Technologien und Fachkenntnissen liegt unser derzeitiger Schwerpunkt darauf, die metagenomische Sequenzierung systematisch in klinisch nutzbare Ansätze in der Gesundheitsfürsorge umzusetzen.