Institut für Virologie 

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Nahaufnahme mehrerer Probenröhrchen, die auf einem Tisch liegen. Im Hintergrund ist unscharf der Schriftzug "Charité" auf einem Formular erkennbar.

AG Bogdanow - System- und Strukturbiologie der Virusinfektion

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Forschungsschwerpunkt:

Virale Infektionen sind komplexe Prozesse, die weit über das bloße Vorhandensein viraler Genome in infizierten Zellen hinausgehen. Sie sind gekennzeichnet durch dynamische Abläufe, bei denen virale Proteine gezielt mit zellulären Proteinen interagieren, um die virale Replikation, den Aufbau neuer viraler Partikel und Immunevasion zu ermöglichen. 

Unsere Forschung konzentriert sich auf die systemweite und strukturelle Analyse dieser Virus-Wirt-Interaktionen. Unser langfristiges Ziel ist es, ein detailliertes und umfangreiches Bild der Ebene der Virus-Wirt Protein-Protein Interaktionen hinsichtlich der Evolution und Anpassung von Viren an den Menschen zu entwickeln.  Dabei fokussieren wir uns auf besonders relevante Viren wie Influenza A Viren, Coronaviren und MPox. Um die komplexen Prozesse zu untersuchen, kombinieren wir modernste Methoden wie strukturelle und quantitative Proteomik, Strukturmodellierung mit physiologisch relevanten humanen und tierischen Zellkultursystemen.

In enger Zusammenarbeit mit Arbeitsgruppen am Institut für Virologie der Charité sowie am Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) in Berlin, unserem zweiten Standbein, arbeiten wir daran, unsere Erkenntnisse und Methodik zu erweitern und nutzbar zu machen. Wir hoffen, dass das gewonnene Wissen dazu beitragen wird, die molekularen Ursachen vergangener Pandemien besser zu verstehen und zukünftige Ausbrüche aus Tierreservoiren effektiv unterbinden zu können.

Inhaltsübersicht

AG-Leitung

Mitarbeiter/innen: 

  • M.Sc. Immanuel Husic, Doktorand
  • M.Sc. Lukas Baumann, Doktorand (co-betreut mit Fan Liu, FMP Berlin)

Join the Lab ?!

If you're interested in joining the lab, please contact us for more information or apply by sending your CV and a brief motivation letter. We look forward to hearing from students with a strong interest in viral research, proteomics, and cutting-edge techniques. Master projects available.

 

Methoden

  • Quantitative Proteomics: SILAC, Label-free Quantifizierung, Tandem Mass Tag (TMT)
  • Interaction Proteomics: Crosslinking-Massenspektrometrie (XL-MS), Affinity Purification (AP-MS), Biotin-Ligase-Fusionstechniken
  • Structural Host Virus Interactome Profiling (SHVIP)
  • Zellkultur und Reverse Genetik
  • Strukturmodellierung
  • Klassische molekularbiologische Methoden: SDS-PAGE, Western Blot, FACS, Immunpräzipitation, etc.

Projekte

In diesem methodisch ausgerichteten Projekt verfolgen wir das Ziel, neue Grundlagen für die Kartografierung von Virus-Wirt-Kontaktstellen auf struktureller Ebene in infizierten Zellen zu entwickeln.

Wir nutzen dazu die Methodik der Cross-Linking Massenspektrometrie (XL-MS). Diese Methode nutzt kleine organische Moleküle, sogenannte Cross-Linker, die Proteine, die in direktem Kontakt miteinander stehen, verbinden, sodass ihre Interaktionen sichtbar gemacht werden können. Um die Sensitivität der Analyse zu erhöhen, reichern wir spezifische virale Proteine mithilfe einer metabolischen Pulsmarkierung an. Die Erfassung der Protein-Protein Kontaktstellen wird dann mit Hilfe der KI-basierten Strukturmodellierung in Interaktionsmodelle übertragen. Diese können dann mit Hilfe von Mutationen validiert werden. Die Grundlagen dieser Methodik (Structural Host-Virus Interactome Profiling - SHVIP) konnten wir bereits an Zellen infiziert mit dem Herpes-Simplex Virus Typ I nachweisen. Ziel dieses Projekts ist es, diese Methodik hinsichtlich Sensitivität, Spezifität, Durchsatz und physiologischer Relevanz mit Hilfe des MPox Modellsystems zu optimieren. 

 

Akzessorische virale Proteine werden von Viren im Genom kodiert, haben allerdings keine direkte Bedeutung als Bestandteil des Viruspartikels oder als Teil des Replikationsmechanismus. Stattdessen spielen diese Proteine während der Infektion oft eine entscheidende Rolle als Immunmodulatoren, Modulatoren zellulärer Signalwege oder als Virulenzfaktoren.

Akzessorische Proteine sind oft wirtsspezifisch, d.h. sie sind durch die Anpassung des Virus an die evolutionäre Wirtsniche entstanden. Coronaviren haben während ihrer Evolution akzessorische Proteine hervorgebracht, die während der Anpassung an den Menschen genetischen Veränderungen unterliegen. Obwohl diese Veränderungen gut dokumentiert sind, ist bislang vergleichsweise wenig über die Struktur, Interaktionen und Funktion dieser Proteine beim Wirtswechsel bekannt. Ziel dieses Projekts ist es, diese Wissenslücke zu schließen und die Struktur-Funktions-Beziehung akzessorischer Proteine innerhalb der Evolution von Coronaviren zu verstehen.

 

Virus-Wirt-Protein-Interaktionen (PPIs) sind entscheidend für die Spezies-Spezifität und die Fähigkeit von Viren, von Tieren auf Menschen zu übertreten und dort Infektionen auszulösen. Besonders bei Influenza-A-Viren (IAV) und Coronaviren (CoVs) spielen diese Interaktionen eine Schlüsselrolle bei der Anpassung an den menschlichen Wirt. Obwohl einige dieser Interaktionen bereits bekannt und gut charakterisiert sind, haben wir dennoch kein umfassendes Bild darüber, wie viele und welche Anpassungen auf PPI-Ebene nötig sind, um den Wirtswechsel zu ermöglichen. Diese Wissenslücke ist besonders relevant, da zoonotische Ereignisse zunehmen und dadurch die Gefahr von Pandemien weiterhin gegeben ist.

Ziel dieses Projekts ist es, umfassende Kenntnisse darüber zu gewinnen, wie genau die strukturellen Anpassungen die Übertragbarkeit zwischen verschiedenen Wirten beeinflussen. Dies könnte neue Ansätze zur Vorhersage von Pandemien und zur Entwicklung gezielter antiviraler Maßnahmen liefern.

 

Kooperationen

  • Prof. Dr. Fan Liu (FMP Berlin)
  • Dr. Lüder Wiebusch (Charité, Berlin)
  • Dr. Jan Kosinski (CSSB/EmbL Hamburg)
  • Prof. Dr. Jens Bosse (CSSB Hamburg/ MHH Hannover)
  • Dr. Florian Full (University Hospital Freiburg)
  • Prof. Arne Elofsson (Stockholm University)
  • Prof. Dr. Han Sun (FMP Berlin)
  • Dr. Kevin Ciminski (University Hospital Freiburg)
  • PD Dr. Thorsten Wolff (RKI Berlin)

 

Wissenschaftliche Publikationen

Eine aktuelle Liste aller Veröffentlichungen finden Sie in der pubmed-Liste oder auf google.scholar.

 

Ausgewählte Veröffentlichungen:

Bogdanow, B., Mühlberg, L., Gruska, I., Vetter, B., Ruta, J., Elofsson, A., ... & Liu, F. (2025). Structural Host-Virus Interactome Profiling of Intact Infected Cells. Biorxiv; accepted in principle in Nature communications.

 

Bogdanow, B., Ruwolt, M., Ruta, J., Mühlberg, L., Wang, C., Zeng, W. F., ... & Liu, F. (2025). Redesigning error control in cross-linking mass spectrometry enables more robust and sensitive protein-protein interaction studies. Molecular Systems Biology, 21(1), 90-106.

 

Clasen, M. A., Ruwolt, M., Wang, C., Ruta, J., Bogdanow, B., Kurt, L. U., ... & Liu, F. (2024). Proteome-scale recombinant standards and a robust high-speed search engine to advance cross-linking MS-based interactomics. Nature Methods, 1-9.


Bogdanow, B., Gruska, I., Mühlberg, L., Protze, J., Hohensee, S., Vetter, B., ... & Liu, F. (2023). Spatially resolved protein map of intact human cytomegalovirus virions. Nature Microbiology, 8(9), 1732-1747.

 

Phan, Q. V., Bogdanow, B., Wyler, E., Landthaler, M., Liu, F., Hagemeier, C., & Wiebusch, L. (2022). Engineering, decoding and systems-level characterization of chimpanzee cytomegalovirus. PLoS Pathogens, 18(1), e1010193.

 

Bogdanow, B., Schmidt, M., Weisbach, H., Gruska, I., Vetter, B., Imami, K., ... & Wiebusch, L. (2020). Cross-regulation of viral kinases with cyclin A secures shutoff of host DNA synthesis. Nature Communications, 11(1), 4845.

 

Bogdanow, B., Wang, X., Eichelbaum, K., Sadewasser, A., Husic, I., Paki, K., ... & Selbach, M. (2019). The dynamic proteome of influenza A virus infection identifies M segment splicing as a host range determinant. Nature Communications, 10(1), 5518.

 

Imami, K., Milek, M., Bogdanow, B., Yasuda, T., Kastelic, N., Zauber, H., ... & Selbach, M. (2018). Phosphorylation of the ribosomal protein RPL12/uL11 affects translation during mitosis. Molecular cell, 72(1), 84-98.

 

Bogdanow, B., Zauber, H., & Selbach, M. (2016). Systematic errors in peptide and protein identification and quantification by modified peptides. Molecular & Cellular Proteomics, 15(8), 2791-2801.

 

Bogdanow, B., Weisbach, H., von Einem, J., Straschewski, S., Voigt, S., Winkler, M., ... & Wiebusch, L. (2013). Human cytomegalovirus tegument protein pp150 acts as a cyclin A2–CDK-dependent sensor of the host cell cycle and differentiation state. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(43), 17510-17515.