Pneumonie-verursachende Bakterien:  Zwei Arten der Ausbreitung im Körper ermittelt

Wissenschaftler versuchen herauszufinden, wie genau sich Bakterien im Körper ausbreiten und systemische Infektionen verursachen – in der Hoffnung, diesen Prozess irgendwann zu stoppen.

Prof. Michael Bachman von der University of Michigan Medical School (USA) und seine ehemalige Postdoktorandin Caitlyn Holmes liefern mit einer aktuellen Arbeit einen Beitrag, um dieses Rätsel zu lösen. Dabei konzentrierten sich die Forschenden mit ihrem Team auf gramnegative Bakterien wie Klebsiella pneumoniae. In früheren Arbeiten hatten sie festgestellt, dass die Ausbreitung von Bakterien im Körper in drei Phasen geschieht: Infektion einer ersten Stelle, wie der Lunge, dann der Eintritt in den Blutkreislauf. Anschließend replizieren sich die Erreger und versuchen zu vermeiden, dass sie durch Leber und Milz wieder aus dem Blutkreislauf herausgefiltert werden.

„Experimentell können wir die erste Phase ziemlich einfach daran messen, wie die Bakterien die Lunge infizieren, und die dritte Phase daran, wie die Bakterien in den blutfilternden Organen überleben und ob sie sich replizieren oder nicht“, erklärt Bachmann. „Aber dieser Übergang aus der Lunge in den Blutkreislauf war bisher schwer zu messen.“

Mithilfe eines innovativen Barcode-Systems, das sie mit Kollegen der Harvard University entwickelt hatten, konnte das Forschungsteam um Bachman und Holmes Bakterien in Mausmodellen mit kurzen DNA-Schnipseln markieren und mithilfe von Computeranalysen die Bewegung von K. pneumoniae im gesamten Körper verfolgen.

Metastatische versus direkte Ausbreitung von Bakterien

Die Wissenschaftler gingen davon aus, dass sich die Bakterien in der Lunge so lange vermehren würden, bis ihre Klone die Abwehrkräfte der Lunge überwinden und in den Blutkreislauf gelangten. Und obwohl sie diese Art der Ausbreitung – die sie als metastatische Ausbreitung bezeichneten – tatsächlich beobachteten, gab es auch Hinweise auf eine andere Art der Verbreitung.

Unerwarteterweise „wies etwa die Hälfte der Mäuse das metastatische Muster auf, während in der anderen Hälfte der Tiere Bakterien zu beobachten waren, die von selbst in den Blutkreislauf gelangten, ohne sich zunächst in großer Zahl vermehren zu müssen“, erklärt Bachman diesen zweiten Modus, den die Forschenden als direkte Ausbreitung bezeichneten.

Insgesamt, so stellten die Wissenschaftler fest, korrelierte die metastatische Ausbreitung mit einer stärkeren Infektion als die direkte Ausbreitung. Außerdem entwickelte sich die Infektion mit der Zeit zu einem metastatischen Muster. „Wir müssen die Biologie jedes dieser Wege verstehen, um die besten Behandlungsmöglichkeiten zu finden“, unterstreicht Bachman. „Bei Infektionskrankheiten gibt es ein Mantra: die Quelle finden und behandeln, um die Bakteriämie zu stoppen.“ Die Existenz des Weges einer direkten Ausbreitung könnte bedeuten, dass Bakterien in anderen Teilen des Körpers Reservoirs mit niedrigem Niveau aufbauen, die sich bei der Behandlung von Blutstrominfektionen besser als Ziele eignen.

Mutationen sowohl bei K. pneumoniae als auch bei den Versuchstieren, die die Wissenschaftler in ihrer Untersuchung hervorriefen Mäusen, beeinflussten die Art der Bakterienverbreitung im Körper. Die Forschenden werteten dies als Hinweis darauf, dass die Interaktion zwischen den Bakterien und dem Immunsystem des Wirts den Ausgang der Infektion bestimmen könnte.

„Das Projekt begann mit einer sehr grundlegenden Frage – wie verlassen Bakterien die Lunge –, zu der wir nun einige Erkenntnisse liefern und damit eine erhebliche Wissenslücke schließen können“, erklärt Holmes.