Nephrolithiasis: Bakterien in den Nierensteinen können zu deren Bildung beitragen

Forscher der University of California – Los Angeles Health Sciences (USA) haben herausgefunden, dass sich im häufigsten Nierensteintyp Bakterien befinden, die zur Bildung der Nierensteine beitragen können.

Bakterien werden traditionell nur mit der Bildung von Struvit-Nierensteinen in Verbindung gebracht. Die meisten anderen Nierensteinarten gelten hingegen als abiotisch und nicht infektiös.

Die Autoren der neuen Studie aus der Fachzeitschrift „PNAS“ zeigen, dass Kalziumoxalat-Steine, die häufigste Art von Nierensteinen, bakterielle Biofilme als Bestandteil ihrer inneren Struktur aufweisen. Tatsächlich lassen sich einige der aus solchen nicht infektiösen Steinen gewonnenen Bakterien kultivieren.

Diese Beobachtungen könnten das Wiederauftreten von Nierensteinen bei manchen Patienten sowie Infektionen durch Steinfragmentierung erklären. Die Annahme, dass Bakterien bei Nephrolithiasis endemisch sein könnten, deutet auf ein allgemeines Konzept der Steinbildung hin, das die Forscher hier vorstellen.

Wesentlicher Bestandteil des Prozesses

Kalziumoxalat-Steine ​​machen über 70 Prozent aller Nierensteine ​​aus. Nach dem derzeitigen Verständnis entsteht der Steinkern durch die Ansammlung anorganischer Kristallite, deren Bildung durch erhöhte Konzentrationen gelöster Bestandteile begünstigt wird. Die Wissenschaftler zeigen nun, dass dieser weit verbreitete Steintyp aus einem organisch-anorganischen polykristallinen Biokomposit mit integrierten bakteriellen Biofilmen besteht.

Elektronen- und Fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen enthüllen die unerwartete innere Struktur von Nierensteinen menschlicher Patienten, in der bakterielle Biofilme zwischen polykristallinen Mineralschichten eingelagert sind, selbst in Steinen, die klinisch als nicht-infektiös eingestuft werden, einschließlich solcher von Patienten ohne zugrundeliegende Harnwegsinfektionen.

Die Forscher beobachten ähnliche bakterielle Biofilmstrukturen auf den Oberflächen von Steinfragmenten, die durch Lithotripsie gewonnen wurden, was darauf hindeutet, dass Bakterien ein wesentlicher Bestandteil des Prozesses der Nephrolithiasis sind.

Modell vorgeschlagen

Kristallite in der Nähe von Biofilmschichten weisen deutlich kleinere Korngrößen auf, was auf eine höhere lokale Konzentration von Nukleationsstellen hindeutet. Färbungen zeigen, dass die Biofilmbereiche dieser Steine ​​mit bakterieller DNA angereichert sind. Dass Bakterien mittlerweile so häufig in Nierensteinen beobachtet werden (auch in den weniger verbreiteten Struvitsteinen), könnte von konzeptioneller Bedeutung sein.

Auf der Grundlage der hier vorgelegten Erkenntnisse schlagen die Autoren ein Modell vor, in dem die urinreiche Umgebung der Niere die Kalziumhomöostase der Bakterien beeinflussen und die bakterielle Produktion von Nukleationsvorlagen wie extrazellulärer DNA verstärken kann. Die daraus resultierende Gegenionenkondensation, die Polyelektrolyten mit einer Ladung jenseits des Manning-Kriteriums (wie z. B. DNA) innewohnt, erhöht die Wahrscheinlichkeit einer heterogenen Nukleation drastisch und verstärkt dadurch die Bildung von Calciumoxalatsteinen.

Neue therapeutische Ansätze

„Dieser Durchbruch stellt die lange Zeit vorherrschende Annahme in Frage, dass Nierensteine ​​ausschließlich durch chemische und physikalische Prozesse entstehen, und zeigt stattdessen, dass Bakterien in den Steinen leben und aktiv zu ihrer Bildung beitragen können“, resümiert Co-Studienleiterin Prof. Kymora Scotland.

Durch die Aufdeckung dieses neuen Mechanismus eröffne die Studie laut Scotland neue therapeutische Ansätze, die auf das mikrobielle Milieu von Nierensteinen abzielen.

(ri/BIERMANN)