Zwei der größten Pandemien des letzten Jahrhunderts mit massiven globalen gesundheitlichen und wirtschaftlichen Auswirkungen wurden durch zoonotische respiratorische RNA-Viren verursacht, die über die Luft übertragen werden können: das Influenza-A-Virus von 1918 und das Betacoronavirus SARS-CoV-2. Wir wissen, dass SARS-CoV-2 bei der Übertragung über die Luft hochwirksam ist. Im Vergleich dazu konnte verhindert werden, dass der ursprüngliche SARS-CoV-1-Ausbruch denselben pandemischen Zustand erreichte, da dieses Virus wie das Middle Eastern Respiratory Syndrome (MERS)-CoV ein geringeres Übertragungspotenzial über die Luft aufwies. Während für alle Betacoronaviren eine Übertragung durch Atemtröpfchen postuliert wurde, ist nicht gut verstanden, was das Übertragungspotenzial dieser Betacoronaviren mechanistisch unterscheidet. Noch weniger ist über weiter entfernt verwandte saisonale menschliche Coronaviren (z. B. HCoV-OC43) bekannt, die bis zu 35 % der Atemwegsinfektionen bei Erwachsenen in Spitzenzeiten ausmachen. Bei Atemwegsviren verstehen wir nicht vollständig, wie sich Infektionen und mukosale Immunreaktionen gegen die Infektion auf die Größe, Menge und physikalisch-chemische Zusammensetzung der Tröpfchen auswirken, in denen das Virus ausgeatmet wird. Daher ist die Übertragung beim Menschen multifaktoriell und erfordert eher einen multidisziplinären als einen rudimentären experimentellen Ansatz. Zu diesem Zweck verbindet das Labor die Immunologie mit der Aerobiologie und der Umweltvirologie.
Die Arbeit der Gruppe basiert auf diesen drei zentralen Fragen:
- Wie moduliert die Immunpathogenese das Fenster einer erfolgreichen Übertragung?
- Wie beeinflusst eine bereits bestehende Immunität die Weiterübertragung?
- Wie moduliert eine Infektion die ausgeatmeten oder abgesonderten Tröpfchen und Flüssigkeiten, die infektiöse Viren übertragen?
Um diese Fragen zu beantworten, klären wir mithilfe von in vitro- und ex vivo-Atemwegs- und Schleimhautmodellen, sowie in vivo Transmissionsmodellen, die konservierten Übertragungsmechanismen. Wir finden und diejenigen, die ein hoch übertragbares Virus von einem Mitglied derselben Familie (z. B. Betacoronaviren) unterscheiden, das sich nicht oder nur wenig überträgt.
Wir entschlüsseln, wie sich der Ort der anfänglichen Virusreplikation und nachfolgende Unterschiede in der Immunpathogenese und der Schleimzusammensetzung auf die Virusfreisetzung in die Luft oder Körpersekrete auswirken.
Wir untersuchen nachlassende zelluläre und humorale Immunantworten auf Virusinfektionen und korrelieren diese Immunparameter mit der Quantität und Qualität der Übertragungsblockade bei erneuter Belastung mit denselben und verwandten Viren.
Schließlich untersuchen wir, ob die Menge und Qualität von (Atem-)Tröpfchen und Sekreten einen Einfluss auf die Übertragbarkeit haben. Für Atemwegsviren definieren wir die Verteilung infektiöser Viren über verschiedene Tröpfchengrößen und analysieren die Zusammensetzung der ausgeatmeten Tröpfchen sowie die physikalisch-chemischen Eigenschaften, die in Studien zur Virusstabilität einfließen.
Dieser Ansatz wird es uns ermöglichen, die mechanistischen Grundlagen der Virusübertragung zu verstehen und Immunsignaturen zu identifizieren, die mit einem erhöhten Risiko einer Weiterübertragung verbunden sind.
Zwei der größten Pandemien des letzten Jahrhunderts mit massiven globalen gesundheitlichen und wirtschaftlichen Auswirkungen wurden durch zoonotische respiratorische RNA-Viren verursacht, die über die Luft übertragen werden können: das Influenza-A-Virus von 1918 und das Betacoronavirus SARS-CoV-2. Wir wissen, dass SARS-CoV-2 bei der Übertragung über die Luft hochwirksam ist. Im Vergleich dazu konnte verhindert werden, dass der ursprüngliche SARS-CoV-1-Ausbruch denselben pandemischen Zustand erreichte, da dieses Virus wie das Middle Eastern Respiratory Syndrome (MERS)-CoV ein geringeres Übertragungspotenzial über die Luft aufwies. Während für alle Betacoronaviren eine Übertragung durch Atemtröpfchen postuliert wurde, ist nicht gut verstanden, was das Übertragungspotenzial dieser Betacoronaviren mechanistisch unterscheidet. Noch weniger ist über weiter entfernt verwandte saisonale menschliche Coronaviren (z. B. HCoV-OC43) bekannt, die bis zu 35 % der Atemwegsinfektionen bei Erwachsenen in Spitzenzeiten ausmachen. Bei Atemwegsviren verstehen wir nicht vollständig, wie sich Infektionen und mukosale Immunreaktionen gegen die Infektion auf die Größe, Menge und physikalisch-chemische Zusammensetzung der Tröpfchen auswirken, in denen das Virus ausgeatmet wird. Daher ist die Übertragung beim Menschen multifaktoriell und erfordert eher einen multidisziplinären als einen rudimentären experimentellen Ansatz. Zu diesem Zweck verbindet das Labor die Immunologie mit der Aerobiologie und der Umweltvirologie.
Die Arbeit der Gruppe basiert auf diesen drei zentralen Fragen:
- Wie moduliert die Immunpathogenese das Fenster einer erfolgreichen Übertragung?
- Wie beeinflusst eine bereits bestehende Immunität die Weiterübertragung?
- Wie moduliert eine Infektion die ausgeatmeten oder abgesonderten Tröpfchen und Flüssigkeiten, die infektiöse Viren übertragen?
Um diese Fragen zu beantworten, klären wir mithilfe von in vitro- und ex vivo-Atemwegs- und Schleimhautmodellen, sowie in vivo Transmissionsmodellen, die konservierten Übertragungsmechanismen. Wir finden und diejenigen, die ein hoch übertragbares Virus von einem Mitglied derselben Familie (z. B. Betacoronaviren) unterscheiden, das sich nicht oder nur wenig überträgt.
Wir entschlüsseln, wie sich der Ort der anfänglichen Virusreplikation und nachfolgende Unterschiede in der Immunpathogenese und der Schleimzusammensetzung auf die Virusfreisetzung in die Luft oder Körpersekrete auswirken.
Wir untersuchen nachlassende zelluläre und humorale Immunantworten auf Virusinfektionen und korrelieren diese Immunparameter mit der Quantität und Qualität der Übertragungsblockade bei erneuter Belastung mit denselben und verwandten Viren.
Schließlich untersuchen wir, ob die Menge und Qualität von (Atem-)Tröpfchen und Sekreten einen Einfluss auf die Übertragbarkeit haben. Für Atemwegsviren definieren wir die Verteilung infektiöser Viren über verschiedene Tröpfchengrößen und analysieren die Zusammensetzung der ausgeatmeten Tröpfchen sowie die physikalisch-chemischen Eigenschaften, die in Studien zur Virusstabilität einfließen.
Dieser Ansatz wird es uns ermöglichen, die mechanistischen Grundlagen der Virusübertragung zu verstehen und Immunsignaturen zu identifizieren, die mit einem erhöhten Risiko einer Weiterübertragung verbunden sind.
Julia Port
“Das Gebiet der Virusübertragungsimmunologie ist weitgehend unerforscht; Wir können sogar argumentieren, dass es sein Anfangsstadium noch nicht verlassen hat. Wir werden das ändern“
Julia Rebecca Port wurde am 14. September 1990 in Gelnhausen, Deutschland, geboren. Nach dem Abschluss eines Bachelorstudiums an der Eberhard Karls Universität Tübingen (Molekulare Medizin; B.Sc.) und eines Masterstudiums an der Universiteit Antwerpen (Biomedical Sciences; M.Sc.), begann sie ihre wissenschaftliche Karriere mit der Promotion am Leibniz-Institut für Virologie und am Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin unter der Leitung von Dr. Cesar Munoz-Fontela. Während ihres PostDocs an den Rocky Mountain Laboratories (NIAID, NIH, USA) in der Arbeitsgruppe von Dr. Vincent Munster, im Department von Dr. Heinz Feldmann) leitete sie experimentelle Projekte, die sich mit dringenden Bedürfnissen der öffentlichen Gesundheit während der SARS-CoV-2-Pandemie befassten: Dies führte zur Erstbeschreibung der Immunpathologie nach einer Aerosolinfektion, dem ersten experimentellen Nachweis einer Übertragung durch feine Aerosole und Beweise für eine immunitätsbedingte Konkurrenzfähigkeit bei der Übertragung. Ebenso entwickelte sie Modelle zur Erforschung der Übertragung des Mpox-Virus über Schleimhäute und der Immunantwort und des Mikrobioms in Fledermäusen im Kontext von viralen Infektionen. Ihre Forschungsarbeiten haben zu zahlreichen Autorenschaft in renommierten (peer-reviewed) Fachzeitschriften geführt und wurden mehrmals mit dem NIH Director's Award und NIH Merit Award geehrt. Zum 01. Mai 2024 hat Dr. Port die Leitung der Nachwuchsgruppe "Transmissionsimmunologie" am HZI nach erfolgreicher Erwerbung des Helmholtz Young Investigator Grants angenommen.
Ausgewählte Publikationen
1. Port, J. R.*, J. C. Riopelle, S. G. Smith, L. Myers, M. C. Lewis, S. Gallogly, A. Okumura, J. E. Schulz, R. Rosenke, J. Prado-Smith, A. Carmody, S. Bane, B. J. Smith, G. Saturday, H. Feldmann, K. Rosenke and V. J. Munster (2023). "Infection with mpox virus via the genital mucosae increases shedding and transmission in the multimammate rat (Mastomys natalensis)" Nature Microbiology. DOI: 10.1038/s41564-024-01666-1
2. Port, J.R., Yinda, C.K., Riopelle, J.C. et al. Infection- or AZD1222 vaccine-mediated immunity reduces SARS-CoV-2 transmission but increases Omicron competitiveness in hamsters. Nat Commun 14, 6592 (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-42346-8
3. Port, J.R., Yinda, C.K., Avanzato, V.A. et al. Increased small particle aerosol transmission of B.1.1.7 compared with SARS-CoV-2 lineage A in vivo. Nat Microbiol 7, 213–223 (2022). DOI: 10.1038/s41564-021-01047-y
4. Port, J.R., Yinda, C.K., Owusu, I.O. et al. SARS-CoV-2 disease severity and transmission efficiency is increased for airborne compared to fomite exposure in Syrian hamsters. Nat Commun 12, 4985 (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25156-8
5. Port, J. R.*, D. H. Morris, J. C. Riopelle, C. K. Yinda, V. A. Avanzato, M. G. Holbrook, T. Bushmaker, J. E. Schulz, T. A. Saturday, K. Barbian, C. A. Russell, R. Perry-Gottschalk, C. I. Shaia, C. Martens, J. O. Lloyd-Smith, R. J. Fischer and V. J. Munster (2022). Host and viral determinants of airborne transmission of SARS-CoV-2 in the Syrian hamster, eLife 12:RP87094. DOI: 10.7554/eLife.87094.3
6. Riopelle, J.C., Shamsaddini, A., Holbrook, M.G. et al. Sex differences and individual variability in the captive Jamaican fruit bat (Artibeus jamaicensis) intestinal microbiome and metabolome. Sci Rep 14, 3381 (2024).DOI: 10.1038/s41598-024-53645-5
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