Studie: Serotonin reduziert Virulenz pathogener Darmbakterien

Serotonin wirkt sich offenbar nicht nur auf das Wohlbefinden aus, sondern kann auch die Fähigkeit einiger Darmpathogene verringern, tödliche Infektionen zu verursachen. Das berichten die Autoren einer neuen Studie.

Laut Einschätzung der Autoren vom Southwestern Medical Center der University of Texas könnten ihre Erkenntnisse einen neuen Weg zur Bekämpfung von Infektionen bieten, für die es derzeit nur wenige wirklich wirksame Behandlungen gibt.

Obwohl sich die überwiegende Mehrheit der Forschung zu Serotonin auf seine Auswirkungen auf das Gehirn konzentriert habe, würden etwa 90 Prozent dieses Neurotransmitters im Magen-Darm-Trakt produziert, erklärt Studienleiterin Vanessa Sperandio. Da Darmbakterien in erheblichem Maße durch Umweltfaktoren beeinflusst werden, fragten sich Sperandio und UTSW-Doktorand Aman Kumar sowie Laborleiter Regan Russell und ihre Kollegen, ob das im Darm produzierte Serotonin Auswirkungen auf die Virulenz pathogener Bakterien haben kann, die zu gastrointestinalen Infektionen führen.

Die Forscher arbeiteten mit Escherichia coli O157, einer Bakterienart, die regelmäßig Ausbrüche häufig tödlich verlaufender lebensmittelbedingter Infektionen verursacht. Das Team züchtete diese pathogenen Bakterien im Labor in Petrischalen und setzte sie dann Serotonin aus. Genexpressionstests zeigten, dass Serotonin die Expression einer Gruppe von Genen, mithilfe derer diese Bakterien Infektionen verursachen, signifikant reduzierte.

Zusätzliche Experimente mit menschlichen Zellen zeigten, dass die Bakterien keine infektionsassoziierten Läsionen auf den Zellen mehr verursachen konnten, wenn diese Bakterien Serotonin ausgesetzt waren.
Als nächstes untersuchten die Forscher, wie Serotonin die Virulenz in lebenden Wirten beeinflusst. An Mäusen analysierten sie, wie Serotonin die Fähigkeit von Citrobacter rodentium – einem Darmbakterium in Mäusen, das häufig analog zu E. coli beim Menschen verwendet wird –  verändern kann, ihre Wirte zu infizieren und krank zu machen. Diese Mäuse wurden genetisch so verändert, dass sie in ihrem Magen-Darm-Trakt entweder zu viel oder zu wenig Serotonin produzierten. Die Tiere mit einer Überproduktion wurden weniger wahrscheinlich von C. rodentium besiedelt, nachdem sie diesem Bakterium ausgesetzt worden waren, oder hatten einen relativ milden Krankheitsverlauf. Die Behandlung von Mäusen mit Fluoxetin zur Erhöhung des Serotoninspiegels verhinderte, dass sie aufgrund der Exposition mit C. rodentium erkrankten. Die Mäuse, die zu wenig Serotonin produzierten, erkrankten jedoch nach bakterieller Exposition viel stärker und verstarben häufig sogar an der Erkrankung.

Weitere Experimente identifizierten den Rezeptor für Serotonin auf den Oberflächen von E. coli und C. rodentium, einem als CpxA bekannten Protein. Da viele Arten von Darmbakterien ebenfalls CpxA aufweisen, ist es möglich, dass Serotonin weitreichende Auswirkungen auf die Gesundheit von Darmbakterien hat, sagt Sperandio.

Sie und ihre Kollegen planen, in Zukunft die Machbarkeit einer Manipulation des Serotoninspiegels zu untersuchen, um bakterielle Infektionen im Magen-Darm-Trakt zu bekämpfen. Derzeit haben nur wenige verfügbare Antibiotika E. coli O157 etwas entgegenzusetzen – tatsächlich verschlimmern einige Antibiotika die Folgen einer Infektion und führen dazu, dass die Bakterien schädlichere Toxine freisetzen.