Der Schleim der Atemwege bildet die erste Abwehrlinie gegen Krankheitserreger in der Luft, ist jedoch zugleich vielfältigen Umweltfaktoren ausgesetzt. Eingebettet in einen One Health-Ansatz untersucht das Verbundprojekt ONEMUC die Rolle des Schleims als artspezifische Barriere bei der Übertragung zoonotischer Influenza A Viren (IAV) sowie den Einfluss von Umweltfaktoren auf seine Schutzfunktion. Da sich Viren fortlaufend weiterentwickeln, können adaptive Veränderungen ihre Fähigkeit, Schleimbarrieren zu überwinden, modulieren und damit das Risiko einer Übertragung zwischen verschiedenen Wirtsarten beeinflussen. Gleichzeitig wirken Umweltbedingungen wie Klima, Luftqualität oder anthropogene Schadstoffe direkt auf die Atemwege. Diese Faktoren können Zusammensetzung, Struktur und Reinigungsfunktion des Schleims verändern und dadurch seine Barriereeigenschaften schwächen. Eine beeinträchtigte Schleimbarriere kann die Schwelle für das Eindringen und die Infektion durch Viren senken und somit das Risiko einer zoonotischen Übertragung erhöhen. Das HZI ist an den Teilprojekten 2, 3 und 4 beteiligt. In TP2 steht die biophysikalische und biochemische Charakterisierung des Mukus verschiedener humaner und tierischer Spender im Vordergrund, insbesondere die Analyse der Virus-Mukus-Interaktionen und der Mechanismen, die eine effiziente Penetration der Viren ermöglichen. In TP3 werden diese Eigenschaften und individuelle Umweltfaktoren im Labor nachgestellt, um deren Einfluss auf Virusstabilität und Übertragung experimentell zu testen. In TP4 schließlich werden Daten generiert, die zur Identifizierung relevanter Risikofaktoren beitragen und die Entwicklung einer Schnelltestplattform unterstützen sollen.

Das Verbundprojekt ONEMUC untersucht, wie die Zusammensetzung und Struktur von Schleimbarrieren (Mukus) die zoonotische Übertragung von Influenzaviren zwischen Tier und Mensch beeinflussen. Ziel ist es, zentrale molekulare und ökologische Faktoren zu identifizieren, die bestimmen, ob Viren an der Schleimbarriere gestoppt oder übertragen werden. Damit trägt ONEMUC zum besseren Verständnis zoonotischer Infektionen und zur Entwicklung neuer Strategien der Prävention und Risikobewertung im Sinne des One-Health-Ansatzes bei. Die Freie Universität Berlin ist an zwei Teilprojekten beteiligt. In Teilprojekt 2, in Zusammenarbeit mit dem HZI, steht die Rolle des respiratorischen Mukus als antivirale Barriere im Fokus, insbesondere die Interaktion von Influenzaviren mit definierten Mukuskomponenten. Hierzu werden Mukusproben aus verschiedenen Wirten (Mensch, Schwein, Vogel) sowie aus menschlichen Kollektiven nach Exposition mit unterschiedlichen Luftqualitäten untersucht. In einer Kooperation innerhalb der FU Berlin erfolgt eine detaillierte molekulare Charakterisierung mittels Proteomics und Glycomics, um virusbindende Proteine und Glykane zu identifizieren. Zur funktionellen Validierung werden biophysikalische Bindungsstudien durchgeführt, um zu untersuchen, wie Influenzaviren mit aufgereinigten Mucinen interagieren und wie diese Wechselwirkungen die Bindung an und Fusion mit Modellmembranen beeinflussen. Darüber werden standardisierte Mukuspräparationen für weiterführende Untersuchungen im Verbund bereitgestellt. In Teilprojekt 3, gemeinsam mit dem HZI, werden die gewonnenen Erkenntnisse in zellbiologischen Studien und funktionellen Transmissionsexperimenten überprüft. So leistet die FU Berlin einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der mukusvermittelten Virusabwehrmechanismen und liefert konkrete Ansatzpunkte für präventive Maßnahmen zur Verringerung zoonotischer Übertragungsrisiken.

Das Verbundprojekt untersucht die Rolle des respiratorischen Schleims als artspezifische Barriere bei der Übertragung zoonotischer Influenza-A-Viren im Rahmen eines One-Health-Ansatzes. Ziel ist es, zu verstehen, wie Unterschiede in Zusammensetzung und Eigenschaften des Schleims die Anfälligkeit und Übertragbarkeit von Influenzaviren zwischen verschiedenen Wirtsarten beeinflussen. Durch die Kombination experimenteller Modelle, struktureller Analysen und bioinformatischer Auswertung sollen grundlegende Mechanismen der Virusanpassung an die Schleimbarrieren von Vögeln, Säugetieren und dem Menschen identifiziert werden. Das Projekt soll damit zum besseren Verständnis der frühen Infektionsprozesse beitragen und neue Ansätze für Prävention und Risikoabschätzung zoonotischer Influenzaviren ermöglichen. Das Teilvorhaben am FLI untersucht die Interaktion von Influenza-A-Viren mit dem respiratorischen Schleim verschiedener Tierarten, um die Mechanismen zu identifizieren, mit denen sich Viren an artspezifische Schleimbarrieren anpassen. Dabei werden virale und zelluläre Faktoren berücksichtigt, die Infektion, Replikation und Wirtsspezifität beeinflussen. Als Modelle dienen etablierte Air-Liquid-Interface-(ALI)-Kulturen aus Atemwegsepithelzellen von Säugetieren und Vögeln. Diese Systeme ermöglichen eine gezielte Analyse der Virusaufnahme, Replikation und Tropismusentwicklung. Das Teilvorhaben ist in drei Arbeitspakete gegliedert: WP1: Sammlung und Charakterisierung von Schleimproben aus verschiedenen Tierarten sowie Analyse ihrer Protein-, Glykan- und Lipidzusammensetzung. WP2: Untersuchung der Virusreplikation und Schleim-Wirt-Interaktionen in differenzierten Atemwegsepithelzellen verschiedener Spezies. WP3: Identifizierung viraler genetischer Determinanten, die Influenza-A-Viren die Überwindung sialinsäurereicher Mucinschichten und damit artspezifische Anpassung ermöglichen.

Influenza A-Viren (IAV) verursachen jedes Jahr Grippewellen und können durch ihre Verbreitung in Wild- und Nutztieren neue Varianten bilden, die Auslöser weltweiter Pandemien sein können. Besonders gefährlich sind hochpathogene Vogelgrippeviren wie H5N1, die sich zuletzt stark in Tierpopulationen verbreitet haben. Damit ein Virus den Menschen infizieren kann, muss es verschiedene Barrieren überwinden – eine davon ist der Schleim, der die Atemwege schützt, indem er Krankheitserreger abfängt und mithilfe von Flimmerhärchen aus dem Körper entfernt. Enthaltene Zuckermoleküle können Viren zusätzlich täuschen und ihre Bindung an Zellen verhindern. Umweltbelastungen wie Feinstaub oder Ozon können diese Schutzfunktion schwächen und das Infektionsrisiko erhöhen. Im Verbundprojekt ONEMUC wird untersucht, wie Atemwegsschleim die Übertragung von Influenza-A-Viren zwischen Menschen und Tieren beeinflusst. Dazu werden Schleimproben von Menschen, Vögeln, Schweinen und Frettchen gesammelt und ihre physikalischen und biochemischen Eigenschaften analysiert. Ziel ist es, Risikofaktoren zu identifizieren, die die Virusübertragung erleichtern, und ein Schnelltestsystem zu entwickeln, das die Anpassung neuer Virusvarianten an den Schleim verschiedener Wirte bewertet. An der Charité – Universitätsmedizin Berlin liegt der Fokus auf der Sammlung und umfassenden Charakterisierung nativer humaner Atemwegsproben sowie auf der Etablierung und Nutzung hochdifferenzierter primärer Atemwegsepithelzellkulturen. Damit sollen die biophysikalischen Eigenschaften des humanen Schleims, seine Veränderungen durch Umweltbelastungen und die Interaktionen mit Influenzaviren untersucht werden. Die Ergebnisse sollen neue Erkenntnisse über die Virus-Schleim-Interaktion liefern und langfristig zur Entwicklung von Strategien zur Prävention und Therapie von Grippeinfektionen beitragen.

Mukus dient als wichtige Abwehr gegen Atemwegserreger, allerdings ist seine spezifische Rolle beim Wirtswechsel von Viren und beim Auftreten von Pandemien noch unklar. In diesem Teilprojekt soll die Rolle der Wirtsspezies, der Umweltfaktoren und der Mukus-Zusammensetzung erforscht werden, um Risikofaktoren zu identifizieren, die mit einer erhöhten Übertragung des Virus auf den Menschen einhergehen. Dabei werden die Mukusquelle (Tier vs. Mensch) und Umweltfaktoren systematisch variiert, um mit Hilfe von Infektionsexperimenten festzustellen, welche Kombinationen eine Influenza-A-Virus-(IAV)-Infektion begünstigen oder behindern. Zur Analyse der Daten wird computergestützte Bildanalyse und Deep Learning eingesetzt, um den Infektionsverlauf in Mukus-Zell-Co-Kulturen zu verfolgen. Durch die Korrelation von Infektionsdaten mit Mukuseigenschaften und Umweltfaktoren werden kritische Determinanten des viralen Infektionspotenzials und der Wirtsspezifität ermittelt. Im Rahmen dieses Teilprojekts wird das experimentelle System darüber hinaus in eine Schnelltestplattform erweitert. Damit können Virus-Mukus-Interaktionen rasch bewertet und die Pandemievorsorge verbessert werden.