„Krieg der Mikroben“ in den Atemwegen von Mukoviszidosepatienten

In einer neuen Studie haben Wissenschaftler gezeigt, wie häufige Erreger von Atemwegserkrankungen, die bei Menschen mit Mukoviszidose schwere Infektionen verursachen, zusammenwirken. Die Ergebnisse der Arbeit könnten neue Wege für antibakterielle Behandlungen eröffnen

Untersuchungen an Mikroben aus dem Mundraum, dem Darm, chronischen Wunden und im Falle von chronischen Infektionen der Atemwege zeigen, dass Wechselwirkungen zwischen Krankheitserregern in diesen Bakteriengemeinschaften das Überleben der Erreger und das Voranschreiten von Erkrankungen beeinflussen. Beispielsweise ist eine Infektion mit zwei Bakterienarten, Staphylococcus aureus und Pseudomonas aeruginosa, in den Atemwegen von Mukoviszidose-Patienten mit einer verminderten Lungenfunktion und einer kürzeren Lebensdauer verbunden.

„Eine Strategie zur Verbesserung der Outcomes für Menschen mit Mukoviszidose, die an multiplen Infektionen leiden, besteht darin, schädliche Wechselwirkungen zwischen Arten bereits zu blockieren, bevor sie beginnen“, erklärt Hauptautor Dominique Limoli, Assistenzprofessor für Mikrobiologie und Immunologie an der Universität von Iowa. „Wir haben ein System entwickelt, um die frühen Wechselwirkungen zwischen 2 Mikroben zu visualisieren, die dazu führen, die bei Mukoviszidosepatienten Infektionen verursachen. So kann man das Verhalten der Mikroben verfolgen.“

Limoli und ihr Team verwendeten ein Co-Kultursystem, um beide Mikroben zusammen zu kultivieren, und untersuchten sie anschließend mithilfe von Zeitraffermikroskopie, um Videos der Bewegungen der Bakterien zu erstellen. Die Forscher stellten fest, dass sich P. aeruginosa-Zellen in Solo-Kultur sich vermehren und Gruppen bilden, die unter dem Mikroskop wie „Flöße“ erscheinen. Im Gegensatz dazu bewegen sich die P.-aeruginosa-Zellen, wenn sie zusammen mit S. aureus gezüchtet werden, als einzelne Zellen und beschleunigen ihre Bewegung in Richtung der S. aureus-Kolonie. Eine genauere Untersuchung der Zellen ergab, dass die einzelnen P.-aeruginosa-Zellen, sobald sie die S.-aureus-Zellen erreichen, in die Kolonie eindringen und diese auflösen.

Die Forscher vermuten, dass sich P. aeruginosa auf diese Weise verhält, weil S. aureus Substanzen in die abgibt, die die Bewegungsänderung von P. aeruginosa auslösen. Um dies zu beweisen, nahmen Wissenschaftler die Flüssigkeit, in der S. aureus gewachsen war, und gaben sie in eine Petrischale, bevor sie P. aeruginosa darin züchteten. In dieser Umgebung war P. aeruginosa viel mobiler – er bewegte sich über eine größere Fläche als in der normalen Petrischale.

Gilt dies auch für andere Arten von Bakterien? Von 3 Krankheitserregern, die häufig bei Mukoviszidosepatienten vorkommen, fand das Team einen, der die Bewegung von P. aeruginosa verstärkte. Bei der Untersuchung einer breiteren Gruppe von Bakterien, einschließlich Salmonella, Escherichia coli und Bacillus subtilis, stellten sie jedoch eine signifikante Zunahme der Bewegung von P. aeruginosa in Gegenwart dieser Gemeinschaften fest.

„Indem wir ein grundlegendes Verständnis dafür erlangen, wie Bakterien das Leben miteinander wahrnehmen und darauf reagieren, kommen wir Kenntnisse darüber näher, wie diese Verhaltensweisen während einer Infektion und in der Umwelt rational manipuliert werden können“, sagt Limoli. „Für Mukoviszidose-Patienten kann dies bedeuten, dass die physischen Wechselwirkungen von P. aeruginosa und S. aureus verhindert werden. In anderen Fällen könnten wir Bakterienspezies zusammenbringen, die synergetisch zusammenwirken, um eine nützliche Verbindung herzustellen.“