Magen-Darminfektionen: Bakterien überdauern als blinde Passagiere

Wis­sen­schaft­ler des Helm­holtz-Zen­trums für Infek­ti­ons­for­schung (HZI) haben einen Mecha­nis­mus ent­schlüs­selt, mit dem Magen-Darm­kei­me ihr Infek­ti­ons­pro­gramm von akut auf chro­nisch umschal­ten.

Jedes Jahr lösen Bak­te­ri­en der Gat­tung Yer­si­nia meh­re­re Tau­send Magen-Darm­in­fek­tio­nen in Deutsch­land aus. In den meis­ten Fäl­len schafft es das mensch­li­che Immun­sys­tem, die Bak­te­ri­en zu besei­ti­gen. Doch bei einem Teil der Betrof­fe­nen stellt sich eine chro­ni­sche Infek­ti­on ein, die lang­fris­tig die Aus­bil­dung von Auto­im­mun­erkran­kun­gen för­dern kann. Wis­sen­schaft­ler des HZI in Braun­schweig haben nun auf­ge­deckt, mit wel­chem Trick sich die Yer­si­ni­en vor dem Immun­sys­tem ver­ste­cken: Sie dros­seln die Pro­duk­ti­on eines Gift­stof­fes, mit dem sie wäh­rend einer aku­ten Infek­ti­on die Ent­zün­dung des befal­le­nen Gewe­bes anhei­zen. So geht die Ent­zün­dung zurück und die Bak­te­ri­en ent­zie­hen sich der Auf­merk­sam­keit des Immun­sys­tems. Ihre Ergeb­nis­se ver­öf­fent­lich­ten die Wis­sen­schaft­ler im Fach­jour­nal „PLOS Patho­gens”.

Der bekann­tes­te Ver­tre­ter unter den Yer­si­ni­en ist der Erre­ger der Pest, Yer­si­nia pes­tis, der durch Floh­bis­se über­tra­gen wer­den kann. Ande­re Arten wie Yer­si­nia ent­ero­co­li­ti­ca und Yer­si­nia pseu­dotu­ber­cu­lo­sis gelan­gen meist über ver­un­rei­nig­te Nah­rungs­mit­tel, zum Bei­spiel rohes Schwei­ne­fleisch, in den mensch­li­chen Kör­per und kön­nen schwe­re Durch­fall­erkran­kun­gen oder Erbre­chen aus­lö­sen. Auf die­sem Wege ent­le­digt sich der Kör­per schon eines Groß­teils der Erre­ger, die übri­ge Auf­räum­ar­beit leis­tet das Immun­sys­tem. Aller­dings kann eine Yer­si­ni­en-Infek­ti­on auch chro­nisch wer­den und dann sogar Auto­im­mun­erkran­kun­gen wie reak­ti­ve Arthri­tis begüns­ti­gen. Wie die Bak­te­ri­en aber über Jah­re hin­weg im Kör­per über­dau­ern kön­nen, ohne vom Immun­sys­tem auf­ge­spürt zu wer­den, und wie sie dabei Immun­re­ak­tio­nen gegen kör­per­ei­ge­nes Gewe­be för­dern, ist bis­lang nicht ein­deu­tig geklärt.

In der aku­ten Infek­ti­ons­pha­se pro­du­zie­ren eini­ge Yer­si­ni­en unter ande­rem einen Gift­stoff, der als CNFY bezeich­net wird und den sie in die Zel­len des Wir­tes abge­ben. Dort blo­ckiert er die Zell­tei­lung, was wie­der­um dazu führt, dass die Zel­len immer grö­ßer wer­den und von den Yer­si­ni­en leich­ter atta­ckiert wer­den kön­nen. „Mit­hil­fe von CNFY beschleu­ni­gen die Yer­si­ni­en die Aus­brei­tung der Infek­ti­on und der Ent­zün­dung im Gewe­be, bis die infi­zier­ten Zel­len schließ­lich abster­ben“, sagt Prof. Petra Dersch, die am HZI die Abtei­lung „Mole­ku­la­re Infek­ti­ons­bio­lo­gie“ lei­tet.

Mäu­se über­ste­hen eine Yer­si­ni­en-Infek­ti­on meist schnell und unbe­scha­det. Rund zehn Pro­zent der Fäl­le füh­ren zum Tod, wäh­rend etwa zehn Pro­zent chro­nisch wer­den. Dersch und ihr For­scher­team am HZI haben die Mäu­se mit chro­ni­schem Ver­lauf und die zuge­hö­ri­gen Yer­si­ni­en mit­tels moderns­ter Sequen­zier­me­tho­den genau unter die Lupe genom­men: Eine Tran­skrip­tom­ana­ly­se hat dabei ent­larvt, wel­che Gene in den Bak­te­ri­en und den Mäu­sen aktiv sind und wel­che nicht. „Wir haben her­aus­ge­fun­den, dass die Pro­duk­ti­on von CNFY in den per­sis­tie­ren­den, also den über­dau­ern­den Yer­si­ni­en her­un­ter­re­gu­liert ist“, sagt Dersch. „Ohne CNFY sieht das Immun­sys­tem die Bak­te­ri­en nicht mehr, die Ent­zün­dungs­re­ak­ti­on geht zurück und die Mäu­se über­le­ben. Mit die­sem Trick konn­ten sich die Yer­si­ni­en mona­te­lang im Blind­darm der Mäu­se ver­ste­cken.“

Gewe­be­ana­ly­sen am Mikro­skop offen­bar­ten eben­falls einen Unter­schied zwi­schen akut und chro­nisch infi­zie­ren­den Yer­si­ni­en: In aku­ten Infek­ti­ons­pha­sen bil­den die schnell wach­sen­den Bak­te­ri­en Mikro­ko­lo­ni­en, die für das Immun­sys­tem auf­fäl­li­ger sind. Dage­gen kom­men die per­sis­tie­ren­den Bak­te­ri­en ein­zeln vor und sind so noch schwe­rer zu fin­den. In Zusam­men­ar­beit mit Dr. Till Stro­wig, Lei­ter der HZI-Nach­wuchs­grup­pe „Mikro­bi­el­le Immun­re­gu­la­ti­on“, haben die Wis­sen­schaft­ler außer­dem nach­ge­wie­sen, dass Yer­si­ni­en sogar die mikro­bi­el­le Gemein­schaft im Darm ver­än­dern. „Eine Yer­si­ni­en-Infek­ti­on ver­schiebt die Zusam­men­set­zung der Mikro­bio­ta im Darm deut­lich zuguns­ten ent­zün­dungs­för­dern­der Bak­te­ri­en­ar­ten“, sagt Dersch.

Ein Zusam­men­hang zwi­schen Yer­si­ni­en-Infek­tio­nen und ent­zünd­li­chen Auto­im­mun­erkran­kun­gen wie reak­ti­ver Arthri­tis ist bereits lan­ge bekannt, aller­dings ist der Mecha­nis­mus dahin­ter noch immer ein Rät­sel. „Unse­re Tran­skrip­tom­ana­ly­sen haben gezeigt, dass das Immun­sys­tem der chro­nisch infi­zier­ten Mäu­se dau­er­haft sehr leicht aktiv ist“, sagt Petra Dersch. „In der Fol­ge könn­ten Anti­kör­per gegen kör­per­ei­ge­nes Gewe­be gebil­det wer­den, denn die Ober­flä­chen­struk­tu­ren der Zel­len ähneln zum Teil denen der Bak­te­ri­en. Das könn­te auch das gehäuf­te Auf­tre­ten von Arthri­tis bei Yer­si­nia-Pati­en­ten erklä­ren.“

Im Janu­ar wur­de Dersch in die Euro­pean Aca­de­my of Micro­bio­lo­gy auf­ge­nom­men. Die Aka­de­mie besteht seit 2009 und hat sich zum Ziel gesetzt, die mikro­bio­lo­gi­sche For­schung in Euro­pa zu för­dern und die Wis­sen­schaft­ler stär­ker zu ver­net­zen. Dazu rich­tet sie bei­spiels­wei­se Tagun­gen und Kon­gres­se aus und erar­bei­tet Emp­feh­lun­gen zu kri­ti­schen The­men der Mikro­bio­lo­gie. Ihre Mit­glie­der sind renom­mier­te Wis­sen­schaft­ler und wer­den von der Aka­de­mie gewählt.

Ori­gi­nal­pu­bli­ka­ti­on: Hei­ne W et al. Loss of CNFy toxin-1 indu­ced inflamma­ti­on dri­ves Yer­si­nia pseu­dotu­ber­cu­lo­sis into per­sis­ten­cy. PLOS Patho­gens, 01.02.2018

Quelle
Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung
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