Wie E. coli in die Prostata gelangt – und wie man ihr die Tür versperrt

Mithilfe eines selbst entwickelten Organoidmodells haben Forscher der Universität Würzburg aufgeklärt, wie Bakterien in die Prostata gelangen. Die Entdeckung dieses Infektionsweges eröffnet neue Möglichkeiten für die antibiotikafreie Behandlung bakterieller Prostatitis.

Weltweit sind etwa ein Prozent aller Männer im Laufe ihres Lebens von einer bakteriellen Prostatitis betroffen. Verursacherin ist in erster Linie Escherichia coli (E. coli). Die Infektion entsteht, wenn Bakterien aus der Harnröhre oder der Blase in die Prostata gelangen. Die Behandlung der bakteriellen Prostatitis ist nach wie vor schwierig, da die Patienten oft lange Antibiotikabehandlungen mit hohen Dosen benötigen. Trotz Behandlung erleidet mehr als die Hälfte der Patienten innerhalb eines Jahres einen Rückfall.

Seit langem vermuten Forscher, dass Bakterien in die Prostatazellen eindringen, um zu überleben und dem Immunsystem und Antibiotika zu entkommen. Bislang fehlten jedoch direkte Beweise für diese Überlebensstrategie.

Eine im Labor gezüchtete Mini-Prostata

Um die Prostata-Infektionen an einem Labormodell zu untersuchen, entwickelte ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) ein „Mini-Prostata”-Organoidmodell aus adulten Stammzellen . Dieses im Labor gezüchtete Modell ahmt das echte Prostataepithel in Struktur und Zellvielfalt nach. Mithilfe dieses Modells konnten die Wissenschaftler die Infektion Schritt für Schritt unter realistischen, kontrollierten Bedingungen nachvollziehen und genau identifizieren, wie die Bakterien angreifen.

Dr. Carmen Aguilar, Nachwuchsgruppenleiterin am Institut für Molekulare Infektionsbiologie (IMIB) der Universität Würzburg, leitete die Studie gemeinsam mit Kollegen des Universitätsklinikums Würzburg (UKW), des Helmholtz-Instituts für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) und der Universität Münster. Die Ergebnisse des Teams wurden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Microbiology“ veröffentlicht.

Angriffsweg von E. coli entschlüsselt

„Wir haben gezeigt, dass die Invasion von E. coli in Prostatazellen kein zufälliger Prozess ist, sondern eine hochgradig koordinierte Operation, die eine bestimmte Schwachstelle in der Zellarchitektur des Prostataepithels ausnutzt“, erklärt Aguilar. Ihren Erkenntnissen zufolge kann E. coli nicht wahllos angreifen, sondern konzentriert sich auf einen bestimmten Zelltyp: die Luminalzellen, welche die Drüsenkanäle der Prostata auskleiden und als erste mit den Bakterien in Kontakt kommen, wenn diese die Prostata erreichen.

Um in die Zellen zu gelangen, benutzen die Bakterien den Forschungsergebnissen zufolge den prostataspezifischen Rezeptor PPAP (prostataspezifische saure Phosphatase) als Schloss. Ihr Schlüssel ist das bakterielle Adhesin FimH. „Nur wenn das bakterielle Protein an diesen Prostatarezeptor bindet, können die Bakterien in die Zellen eindringen, sich dort sicher vermehren und die Infektion auslösen“, erklärt Aguilar.

Ein Zuckermolekül blockiert die Infektion

Das Team begnügte sich jedoch nicht damit, den Infektionsweg zu entdecken. Es identifizierte auch eine Möglichkeit, diese Interaktion mit einem einfachen Zuckermolekül namens D-Mannose zu blockieren. Dieser Zucker, der bereits zur Vorbeugung und Behandlung von Blasenentzündungen eingesetzt wird, fungiert als „Scheinschloss“.

Die bakteriellen „Schlüssel“ binden diese harmlosen Zuckermoleküle anstelle der echten Rezeptoren auf den Prostatazellen und blockieren so wirksam das bakterielle Eindringen in die Zellen. Im Labor hat der Einsatz von D-Mannose bereits zu einer signifikanten Verringerung der Infektionen geführt, was auf eine mögliche neue Strategie zur Vorbeugung und Behandlung von Prostata-Infektionen hindeutet.

Auf dem Weg zu Alternativen zu Antibiotika

Mit dem neuen Organoid-Modell will das Team um Aguilar nun untersuchen, wie E. coli nach dem Eindringen in die Prostatazellen überlebt und sich vermehrt. Das Modell soll es Wissenschaftlern darüber hinaus ermöglichen, auch die Infektionsstrategien anderer relevanter Prostatapathogene wie Klebsiella oder Pseudomonas zu untersuchen.

„Angesichts der aktuellen Antibiotikaresistenzkrise ist es unser Ziel, neue Therapien zu entwickeln, die E. coli und andere Bakterien ohne den Einsatz von Antibiotika bekämpfen können. Zunächst müssen wir jedoch vollständig verstehen, wie diese Infektionen funktionieren“, sagt Aguilar. Solche Ansätze könnten eine wirksame Alternative zu herkömmlichen Antibiotika darstellen und einen wichtigen Beitrag zur Bekämpfung der Antibiotikaresistenz leisten, ist sich die Forscherin sicher.

(ms/BIERMANN)