Project

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Utilizing systems immunology approaches in the development of vaccines and immunodiagnostics against bacterial pathogens

Applicant Haessler Ulrike
Number 145551
Funding scheme Marie Heim-Voegtlin grants
Research institution Computational Systems Biology Department of Biosystems, D-BSSE ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Immunology, Immunopathology
Start/End 01.03.2013 - 30.09.2015
Approved amount 243'405.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Immunology, Immunopathology
Infectious Diseases

Keywords (4)

Streptococcus pneumoniae; monoclonal antibodies; systems immunology; vaccinology

Lay Summary (German)

Lead
Next Generation Sequencing wird mit klassischer Immunologie und Bioinformatik kombiniert, um Strategien gegen die Ausbreitung und Erkrankung durch bakterielle Erreger zu entwickeln und Einsichten in die individuelle Immunantwort zu erlangen.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts 

Neue Technologie-Plattformen erlauben es heute Millionen von DNA-Fragmenten gleichzeitig in einem einzigen Sequenzierungslauf zu erfassen. Durch diesen Fortschritt lässt sich die äußerst komplexe Immunantwort auf dem Niveau der Antikörper umfassend charakterisieren.

Nach der Immunisierung mit dem Erreger Streptococcus pneumoniae, der zu einer der häufigsten Todesursachen von Kleinkindern zählt, werden die Gene, welche die Antikörper kodieren, sequenziert. Anschließende bioinformatische Auswertungen zeigen  welche Antikörper innerhalb des Organismus gerade am meisten hergestellt werden. Daraus folgend lassen sich durch klassische genetische Methoden nahezu unlimitiert spezifische Antikörper gegen den Erreger herstellen, die eine breite Anwendung in der Diagnostik, Forschung und Medizin finden.

Ziel dieses Projektes ist es, spezifische (monoklonale) Antikörper gegen ein weites Spektrum der Serotypen von Streptococcus p. zu identifizieren und neue Impfstoffkandidaten auszuwählen. Weiterhin wird die Immunantwort eines Individuums im Detail analysiert – ein Fenster zu grundlegenden Fragen der Immunologie, das für diagnostische Zwecke genutzt werden kann.

Darüber hinaus hat die hier entwickelte Plattform das Potential, in Zukunft schnell und kostengünstig maßgeschneiderte Antikörper für eine große Bandbreite von Pathogenen herzustellen.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext

Dieses Projekt bewegt sich auf dem neuen Feld der systemischen Immunologie und zielt darauf ab, S. pneumoniae, das für den Tod von 1.6 Millionen Menschen jährlich verantwortlich gemacht wird, auf drei Ebenen zu bekämpfen – der Prävention durch Impfungen, der Diagnose der Infektion und der Bekämpfung einer akuten Infektion durch Antikörper. Außerdem ermöglicht die umfassende Analyse der Immunantwort, grundlegende Fragen der Immunologie über das individuelle Antikörperrepertoire zu beantworten.
Direct link to Lay Summary Last update: 05.02.2013

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Comprehensive evaluation and optimization of amplicon library preparation methods for high-throughput antibody sequencing.
Menzel Ulrike, Greiff Victor, Khan Tarik A, Haessler Ulrike, Hellmann Ina, Friedensohn Simon, Cook Skylar C, Pogson Mark, Reddy Sai T (2014), Comprehensive evaluation and optimization of amplicon library preparation methods for high-throughput antibody sequencing., in PloS one, 9(5), 96727-96727.
Quantitative assessment of the robustness of next-generation sequencing of antibody variable gene repertoires from immunized mice.
Greiff Victor, Menzel Ulrike, Haessler Ulrike, Cook Skylar C, Friedensohn Simon, Khan Tarik A, Pogson Mark, Hellmann Ina, Reddy Sai T (2014), Quantitative assessment of the robustness of next-generation sequencing of antibody variable gene repertoires from immunized mice., in BMC immunology, 15(1), 40-40.
Using next-generation sequencing for discovery of high-frequency monoclonal antibodies in the variable gene repertoires from immunized mice.
Haessler Ulrike, Reddy Sai T (2014), Using next-generation sequencing for discovery of high-frequency monoclonal antibodies in the variable gene repertoires from immunized mice., in Humana Press (ed.), Springer, Heidelberg, 191-203.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Swiss Tropical and Public Health Institute Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
44th Annual Meeting German Society for Immunology, Bonn, Germany, September 2014 Poster High-throughput antibody repertoire profiling following Streptococcus pneumoniae vaccination 19.09.2014 Bonn, Germany Haessler Ulrike;
44th Annual Meeting German Society for Immunology Talk given at a conference High-throughput antibody repertoire profiling following Streptococcus pneumoniae vaccination 17.09.2014 Bonn, Germany Haessler Ulrike;
International congress of immunology Poster High-throughput antibody repertoire analysis in S. pneumoniae immunized mice 22.08.2013 Milan, Italy Haessler Ulrike;
Systems biology of infection symposium, Ascona, Switzerland, June 2013 Talk given at a conference High-throughput antibody repertoire analysis in S. pneumoniae immunized mice 23.06.2013 Ascona, Switzerland Haessler Ulrike;


Abstract

Capturing the vast complexity of the immune system for the design of new therapeutics and diagnostics still remains a challenge in the biomedical field. Advances in systems biology-based, high-throughput technologies, such as multi-plexed protein assays, next-generation DNA sequencing, bioinformatics, protein engineering, and quantitative proteomics are becoming widely available. Here, we are trying to combine systems immunology techniques with traditional molecular and cellular immunoassays, in order to gain a deeper understanding of the immune response evoked by Streptococcus pneumoniae. This knowledge would substantially advance the discovery of monoclonal antibodies and set the stage for new vaccinations against this invasive pathogen.
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