Durchfallerkrankungen: Struktur des EPEC-Bakterientoxin EspC aufgedeckt

Wissenschaftler der La Trobe University haben entdeckt, wie ein Diarrhoe verursachender Bakterienstamm mithilfe einer Art molekularen Schere Darmzellen zerstört, was zu schweren Erkrankungen und manchmal zum Tod führt.

Die in „Gut Microbes“ veröffentlichte Studie enthüllt laut ihren Autoren erstmals die dreidimensionale Struktur eines Toxins, das von enteropathogenen Escherichia-coli(EPEC)-Bakterien abgesondert wird, und zeigt, wie die Bakterien dieses Toxin nutzen, um in die Epithelzellen der Darmschleimhaut einzudringen und diese zu zerstören. Das Enzym mit dem Namen EspC zerstört die Zellen, indem es ihre innere Proteinstruktur zerschneidet.

Wichtige Erkenntnisse vor dem Hintergrund zunehmender Resistenzen

Wie Co-Studienleiterin Prof. Begoña Heras von der La Trobe University in Melbourne (Australien) erklärt, ist das Verständnis der Wirkungsweise dieses gefährlichen Bakterientoxins vor dem Hintergrund zunehmender antimikrobieller Resistenzen entscheidend für die zukünftige Entwicklung neuer, zielgerichteter Medikamente zur Behandlung von EPEC-Infektionen. „Viele E-coli-Stämme, darunter auch EPEC als einer der Hauptverursacher von Durchfallerkrankungen, entwickeln zunehmend Resistenzen gegen die üblicherweise zur Behandlung dieser Infektionen eingesetzten Antibiotika“, sagt die Forscherin. „Das ist alarmierend, da jährlich 1,3 Millionen Kinder unter fünf Jahren wegen der damit verbundenen schweren Dehydration und des Verlustes wichtiger Elektrolyte an Durchfallerkrankungen versterben. Die Enthüllung der Struktur der toxischen Waffe von EPEC und der dadurch verursachten Zellzerstörung bringt uns dem Ziel, diese tödliche Krankheit, die weltweit Millionen von Menschen betrifft, zu stoppen, einen Schritt näher.“

Dr. Jason Paxman, der die Studie gemeinsam mit Heras leitete, betont: „Uns gehen die Behandlungsmöglichkeiten für bakterielle Erkrankungen aus, da einige bakterielle Erreger mittlerweile gegen alle Antibiotika resistent sind.“ Neue Antibiotika würden zwar weiterhin entwickelt, jedoch gehe dies nur sehr langsam vonstatten. Sobald sie verfügbar sind, würden sie auch nur dann eingesetzt, wenn es unbedingt nötig ist, da Bakterien innerhalb weniger Jahre Resistenzen entwickeln können. Dies stellt ein großes Problem dar, weil die meisten herkömmlichen Antibiotika nicht gezielt gegen bestimmte Bakterien wirken. Das bedeutet, dass ein einzelnes Antibiotikum Selektionsdruck auf viele Bakterienarten ausüben kann, sei es E. coli, Staphylococcus aureus oder andere, was zu einer weitverbreiteten Resistenz gegen ein bestimmtes Medikament führen kann.

Multidisziplinärer Ansatz in der Forschung

Heras, Paxman und Erstautorin Dr. Akila Pilapitiya forschten gemeinsam mit einem multidisziplinären Forscherteam am La Trobe Institute of Molecular Science (LIMS) und der School of Agriculture, Biomedicine and Environment (SABE) der La Trobe University zu EspC. „Es war bereits bekannt, dass EPEC EspC als Toxin einsetzt, aber man wusste bislang wenig über seine Struktur und Wirkungsweise“, erklärt Pilapitiya. „Durch einen multidisziplinären Ansatz konnte ich die 3-D-Struktur des EspC-Toxins bestimmen. Sie zeigt, wie es aufgebaut ist und welche Rolle die einzelnen Bestandteile für seine Wirkung spielen. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung neuer, spezifischerer Medikamente, die EPEC entschärfen, Durchfallerkrankungen bekämpfen und die Darmzellen vor Schäden schützen können.“

Heras hofft, dass der multidisziplinäre Ansatz es anderen Forschenden ermöglichen wird, neue potenzielle Behandlungsmethoden für viele schädliche Krankheitserreger zu finden. „Unsere Arbeit zeigt, wie die Kombination verschiedener Wissenschaftsbereiche zur Lösung komplexer Forschungsfragen beitragen und die Entwicklung neuer Medikamente zum Schutz der menschlichen Gesundheit unterstützen kann“, unterstreicht die Forscherin.