Gut geschützt: Krankheitserreger im Biofilm

20.06.2012: Patienten, die an der Erbkrankheit zystische Fibrose leiden, sterben meist an den Folgen chronischer Atemwegsinfektionen. Die Forschenden um Prof. Urs Jenal vom Biozentrum der Universität Basel haben nun entdeckt, dass genetische Veränderungen dem Erreger der Lungenentzündung dazu verhelfen, lebenslang in der Lunge der Patienten auszuharren.

Lebensgemeinschaften bieten Schutz vor ungünstigen äußeren Einflüssen und verbessern die Überlebenschance jedes einzelnen Individuums. Diesen Vorteil nutzt auch der Erreger der Lungenentzündung, Pseudomonas aeruginosa. Er bildet in der Lunge von Patienten mit zystischer Fibrose einen schädlichen Biofilm und verursacht dadurch chronische Infektionen, die das Lungengewebe dauerhaft schädigen. Eine sehr widerstandsfähige Variante dieses Erregers ist der Small Colony Variant (SCV)-Typus. Bakterien dieses Typus hüllen sich in eine äusserst dicke Matrix aus klebrigen Zuckerverbindungen ein, die für ein starkes Anhaften des Biofilms an der Lungenoberfläche sorgt.

Chronische Infektionen durch veränderte Krankheitserreger

Die Bildung der Zuckerverbindungen steuern drei eng miteinander kooperierende Proteine. Wie das Team von Prof. Urs Jenal vom Biozentrum der Universität Basel nun erstmals zeigen konnte, führen Mutationen in diesen Proteinen zur Entstehung von stark haftenden SCV-Bakterien. Indem die Forschenden einzelne Eiweissbausteine veränderten, störten sie die fein abgestimmten Wechselwirkungen zwischen den drei Proteinen und aktivierten damit den Signalweg für die Bildung der klebrigen Zuckermatrix.

In einem zweiten Schritt untersuchten die Wissenschaftler, ob solche Mutationen dazu beitragen, dass der Erreger der Lungenentzündung lebenslang in der Lunge von Patienten mit zystischer Fibrose ausharren kann. Dazu isolierten sie SCV-Bakterien aus Patientenproben und durchsuchten deren Erbgut. «Unsere Arbeitsgruppe konnte im Bauplan der Proteine verschiedene Mutationen finden. Unter anderem dieselben, die wir zuvor als aktivierend identifiziert hatten», erklärt Jenal. «Diese genetischen Veränderungen sind ursächlich an der Bildung stabiler bakterieller Biofilme von Pseudomonas aeruginosa beteiligt.»

Überlebensvorteil mikrobielle Gemeinschaft

Bei Patienten mit zystischer Fibrose können die Krankheitserreger vom SCV-Typ den Angriffen vom Immunsystem und Antibiotika besser widerstehen als normale Keime. Sie sind daher der Herd für die ständig neu aufflammenden Lungenentzündungen und letztlich die Hauptursache für den tödlichen Verlauf der Krankheit. Mit den gewonnenen Erkenntnissen möchten Jenal und sein Team nun neue Methoden entwickeln, um die Krankheitserreger wirksam zu bekämpfen und damit chronischen Lungeninfektionen vorzubeugen.

Originalveröffentlichung:
Jacob G. Malone et al.; The YfiBNR signal transduction mechanism reveals novel targets for the evolution of persistent Pseudomonas aeruginosa in cystic fibrosis airways; PLoS Pathogens, published 14 Jun 2012