2019 Februar - Katarzyna Niespodziana

Dr. Katarzyna Niespodziana

MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH Februar 2019

Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Frau Dr. Katarzyna Niespodziana aus Anlass der im Top-Journal „Nature Communications“ (IF 12.35) erschienenen Arbeit „PreDicta chip-based high resolution diagnosis of rhinovirus-induced wheeze“ [8]. Die multidisziplinäre Studie entstand im Rahmen des EU-Projektes „PreDicta“ am Institut für Pathophysiologie und Allergieforschung (Leitung: Univ. Prof. Dr. Barbara Bohle) in der Abteilung von Univ.-Prof. Dr. R. Valenta (Leiter der Abteilung für Immunpathologie) in Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen von Prof. Gunilla Hedlin (Karolinska University Hospital, Stockhol, Schweden), Prof. Marianne van Hage (Karolinska Institutet, Stockholm, Schweden) and Prof. Nikolaos G. Papadopoulos (University of Manchester, Manchester, UK, and University of Athens, Athens, Griechenland).

Rhinovirus-Infektionen können mittels eines Bluttests im Microarray-Format nachgewiesen werden

Rhinoviren (s.g. Schnupfenviren) sind neben den IgE-vermittelten Allergien, die häufigsten Auslöser von schweren Asthma-Anfällen, die zu Krankenhausaufenthalten und im schlimmsten Fällen auch zur Tod führen können (1). Es ist bekannt, dass Asthmatiker gegenüber Rhinovirus-Infektionen eine erhöhte Empfindlichkeit zeigen. In-vitro-Daten deuten darauf hin, dass Asthmatiker einen Defekt des angeborenen Immunsystems aufweisen, der in vivo mit einer Verschlechterung der Lungenfunktion bei Rhinovirusinfektionen in Zusammenhang gebracht werden kann (2). Ebenso gibt es Daten, die Rhinovirusinfektionen mit der Entstehung von Asthma bronchiale in Zusammenhang bringen. Zum Beispiel wurde es gezeigt, dass symptomatische Infektionen mit Rhinoviren im frühen Kindesalter zu den Hauptrisikofaktoren für die Entwicklung eines späteren Asthmas bronchiale zählen (3).

Rhinoviren sind Krankheitserreger, die hauptverantwortlich für Schnupfen und Erkältungen sind. Sie gehören zur Virusgruppe Picornaviridae und bilden drei Gruppen (A-C) innerhalb der Gattung Enterovirus. Es wurden bis jetzt über 160 verschiedene Stämme beschrieben. Rhinoviren sind weltweit verbreitet und auf den Menschen begrenzt, bevorzugen aber Temperaturen bis zu 33° C, wie auf der Nasenschleimhaut, die sie unbedingt zu ihrer Vermehrung benötigen. Je nach Gruppe benutzen Rhinoviren verschiedene Rezeptoren, um die Epithelzellen im Bereich des Nasen- und Rachenraums zu infizieren (4).

Die Menschen können gegenüber Schnupfenviren keine dauerhaft schützende Immunität entwickeln. Der menschliche Körper bildet zwar Antikörper gegen Schnupfenviren, diese sind aber unwirksam, da sie nur das Innere des Virus und nicht die Hülle bekämpfen. Die Virushülle ist aber dafür verantwortlich, dass das Virus sich in der Schleimhaut festsetzen kann und so die Erkrankung möglich macht (6). Außerdem produzieren AsthmatikerInnen mit häufigen Anfällen in Vergleich zu den anderen Menschen deutlich mehr Antikörper gegen ein bestimmtes Strukturprotein (VP1) (7). Dieses Strukturprotein ist in jedem der rund 160 bisher bekannten Rhinoviren-Stämme enthalten. Bisher war es zwar möglich gewesen, die Anwesenheit des Rhinovirus mit Hilfe des PCR-Tests nachzuweisen, aber ohne jegliche Information, ob der beteiligte Rhinoviren-Stamm auch krank macht oder zu einem Anfall führen kann.

Auf Basis dieser Ergebnisse wurde im Rahmen des EU-Projektes „PreDicta“ der Rhinovirus-Chiptest entwickelt, der über 130 Peptide und rekombinant hergestellte Virusantigene enthält. Für den Test werden nur ganz kleine Serummengen benötigt und die Detektion von Virus-spezifischen Antikörpern erfolgt mittels Fluoreszenz-markiertem anti-humanen IgG Antikörper. Die ganze Test-Prozedur dauert ungefähr 3 Stunden. In der vorliegenden Arbeit wurden 120 Vorschulkinder untersucht, die aufgrund einer Asthmaattacke im Spital aufgenommen worden sind. Es wurde bei den Kindern das Blut am Tag des Anfalls und paar Wochen später abgenommen, um die Virus-spezifischen Antikörper nachzuweisen. Durch den Vergleich von Antikörper-Spiegeln konnte man feststellen, welche Erreger aus der großen Familie der Rhinoviren bei einem akuten Anfall beteiligt waren. Bisher gab es keinen verlässlichen Test, um dies festzustellen. Mithilfe dieses Tests kann jetzt ein Patient sehr schnell und einfach, mit nur sehr wenig Serum auf verschiedene RV Stämme getestet werden. Zudem ist es möglich, Krankheits-auslösende Virus Typen zu bestimmen, zwischen den verschiedenen RV-induzierten Erkrankungen zu unterscheiden und in Folge dessen die richtigen Behandlungstherapien anzuwenden (8).

Die aktuellen Ergebnisse sind außerdem ein sehr wichtiger weiterer Schritt zur Entwicklung einer wirksamen Schnupfenimpfung. Durch ihren Einsatz sollen bei Risikopatienten, die an Asthma oder COPD leiden, akute und lebensbedrohliche Anfälle verhindert werden.

Wissenschaftliches Umfeld

Dr.ⁱⁿ Katarzyna Niespodziana begann ihre wissenschaftliche Tätigkeit am Institut für Pathophysiologie und Allergieforschung (Leitung: Univ. Prof.ⁱⁿ Dr.ⁱⁿ Barbara Bohle) im Rahmen ihrer Dissertation unter Anleitung von Univ. Prof. Dr. Rudolf Valenta (Leiter der Abteilung für Immunpathologie). Der Forschungsschwerpunkt konzentrierte sich zunächst auf die Entwicklung einer neuartigen Form eines Allergie-Impfstoffs mittels sogenannter PCFiT-Technologie (Peptide Carrier Fusion Technology), die ermöglicht, die Immunantwort auf sonst nicht-immunogene Epitope mit Hilfe eines Trägerproteins zu fokussieren. Darauf aufbauend wurde im Zusammenarbeit mit Biomay AG aus Wien, ein Gräser Pollen-Vakzin entwickelt, das sich in bereits durchgeführten klinischen Studien als sicher und wirksam gezeigt hat. Seit 2010 widmete sich Katarzyna Niespodziana der Forschung am Rhinovirus, und insbesondere der Entwicklung eines Antikörpertests auf Basis von Mikrochips, das im Rahmen des internationalen EU-Projektes „PreDicta“ letztendlich entwickelt worden ist. Die Forschung erfolgte zusätzlich in enger Kooperation mit der Forschungsgruppe von Prof. Gunilla Hedlin aus Karolinska University Hospital im Stockholm, Schweden. Die Arbeit an Rhinovirus-spezifischen Antikörperantworten wird seit 2016 durch den FWF gefördert (P 29398).

Zur Person

Dr.ⁱⁿ Katarzyna Niespodziana wurde in 1983 in Koszalin, Polen, geboren. Von 2002 bis 2007 studierte sie Biotechnologie an der Fakultät zwischen der Universität Danzig und der Medizinischen Universität Danzig in Polen. Nach der Promotion in 2007 kam sie nach Wien und schloss sich dem internationalen PhD-Programm "Entzündung und Immunität" an der Medizinischen Universität Wien an. Für ihre Doktorarbeit erhielt sie zwei prestigeträchtige Auszeichnungen: "Award of Excellence 2011" des österreichischen Wissenschaftsministers und "Clemens von Pirquet Award" der Österreichischen Gesellschaft für Allergologie und Immunologie (ÖGAI). Katarzyna Niespodziana hat wichtige Beiträge zur Schnupfenforschung geleistet und ist Autorin von zwei internationalen Patentanmeldungen. Die Arbeit am "PreDicta" Chip wurde vom FP7 European Research Programm und vom Fonds zur Förderung von wissenschaftlichen Forschung (FWF) unterstützt.

Ausgewählte Literatur

1. Holgate, S.T., Roberts, G., Arshad, H.S., Howarth, P.H., Davies, D.E. The role of the airway epithelium and its interaction with environmental factors in asthma pathogenesis. Proc Am Thorac Soc 6, 655-659 (2009).
2. Contoli, M., et al. Role of deficient type III interferon-lambda production in asthma exacerbations. Nat Med 12, 1023-6 (2006).
3. Jackson, D.J. et al. Wheezing rhinovirus illnesses in early life predict asthma development in high-risk children. Am J Respir Crit Care Med 178, 667-672 (2008).
4. Palmenberg, A.C. et al. Sequencing and analyses of all known human rhinovirus genomes reveal structure and evolution. Science 324, 55-59 (2009).
5. Uncapher, C.R., DeWitt, C.M., Colonno, R.J. The major and minor group receptor families contain all but one human rhinovirus serotype. Virology 180, 814-817 (1991).
6. Niespodziana, K. et al.  Misdirected antibody responses against an N-terminal epitope on human rhinovirus VP1 as explanation for recurrent RV infections. Faseb J 26, 1001-1008 (2012).
7. Niespodziana, K. et al. Rhinovirus-induced VP1-specific antibodies are group-specific and associated with severity of respiratory symptoms. EBioMedicine 2, 64-70 (2014).
8. Niespodziana, K., et al. PreDicta chip-based high resolution diagnosis of rhinovirus-induced wheeze. Nat Commun 9, 2382. (2018).