Forschungsprojekt zu Überlebensstrategien von Darmbakterien erhält Förderung

Wie schaffen es Bakterien, sich gegen Angriffe zu wehren? So lautet die zentrale Frage, die in einem neuen Forschungsprojekt der Würzburger Mikrobiologin Prof. Franziska Faber beantwortet werden soll.

Während einer bakteriellen Infektion sind die verantwortlichen Krankheitserreger in der Regel vielen Angriffen ausgesetzt. Da sind zum einen Immunzellen, die den Schädling beseitigen wollen. Andere Bakterienarten können sich ebenfalls gestört fühlen und entwickeln eigene Verteidigungsstrategien. Und natürlich setzen auch Antibiotika und weitere Medikamente die Eindringlinge unter Druck.

Wehrlos diesen Angriffen ausgesetzt sind viele Bakterienstämme allerdings nicht. Sie besitzen diverse Überlebens- und Anpassungsstrategien – angefangen bei der Bildung von Biofilmen über die Produktion sogenannter Endosporen bis hin zur Verwandlung in sogenannte Persister ‒Zellen, die nicht oder nur sehr langsam wachsen und somit den meisten Antibiotika keinen geeigneten Angriffspunkt bieten.

Erforschung von Reizen, die Überlebensstrategien auslösen

Welche Reize bestimmte Überlebensstrategien, wie beispielsweise die Produktion von Endosporen, auslösen und welche molekularen Mechanismen diesen Prozessen zugrunde liegen, ist bislang noch nicht detailliert geklärt. Das soll nun ein neues Forschungsprojekt an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) ändern. Verantwortlich dafür ist die Mikrobiologin Franziska Faber, Professorin für Mikrobielle Interaktionen am Institut für Hygiene und Mikrobiologie der JMU. Die Boehringer Ingelheim Stiftung stellt ihr dafür im Rahmen ihres Rise-up!-Programms eine Fördersumme in Höhe von 600.000 Euro zur Verfügung.

Zwar gibt es bereits zahlreiche Studien, in deren Fokus Veränderungen in der Genexpression stehen, die mit solchen Überlebensstrategien einhergehen. Allerdings wurden dabei ausschließlich große Bakterienpopulationen untersucht – die Ergebnisse zeigen dementsprechend nur „Mittelwerte“ für Tausende bis Millionen Zellen. Dies ist jedoch ein Problem, da viele der Überlebensstrategien nur in einem kleinen Teil einer Bakterien Population ablaufen. „Die genauen zellulären Zustände, die zu den unterschiedlichen Reaktionen von Bakterien auf Stress führen, sind daher noch weitgehend unbekannt“, erklärt Faber den Hintergrund ihres Projektes.

Clostridioides difficile im Visier

Im Unterschied dazu will Faber das Geschehen in einzelnen Zellen unter die Lupe nehmen. Sie konzentriert sich dabei auf Bakterien vom Typ Clostridioides difficile. Faber geht dabei den Fragen nach, welche zellulären Zustände mit dem Beginn der Sporenbildung verbunden sind, welche Signale den Prozess der Sporenbildung auslösen und wie die Sporenbildung im Verbund mit anderen Verteidigungstechniken – beispielsweise der Produktion von Toxinen – reguliert wird. Dafür kombiniert die Wissenschaftlerin in ihrem auf drei Jahre angelegten Forschungsprojekt diverse Techniken von der Einzelzell-RNA-Sequenzierung bis zur Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung mit genetischen, biochemischen und mikrobiologischen Ansätzen. Auf diese Weise will sie ein genaues Bild von den molekularen Grundlagen gewinnen, die C. difficile so erfolgreich im Kampf gegen Angreifer macht.

Am Ende, so hofft Faber, sollen ihre Ergebnisse auf molekularer Basis einen bestimmten Typ von Bakterienzelle mit einem sogenannten „Virulenz-Phänotyp“ verknüpfen. Mit diesem Wissen werde es möglich, die besonderen Umstände zu identifizieren, die beispielsweise mit der Sporenbildung während der Darmbesiedlung durch C. difficile verbunden sind, um in der Folge gezielt Maßnahmen dagegen zu entwickeln.