Würzburger Forscherteam entschlüsselt Genaktivität von Erreger und Wirtszelle bei Infektionen
Von Gesa Terstiege und Melanie Bergs
Jedes Jahr erkranken rund 23 Millionen Menschen in Europa durch verunreinigte Lebensmittel. Die größte Gefahr geht dabei von Salmonellen aus. Sie allein sind verantwortlich für den Tod von mehr als 2000 Menschen. Ein Würzburger Forschungsteam konnte erstmals zeigen, welche Gene im Verlauf einer solchen Infektion im Erreger und der Wirtszelle aktiv sind. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in der Fördermaßnahme „e:Bio“ unterstützt. Die Erkenntnisse der Wissenschaftler liefern ganz neue Ansätze im Kampf gegen gefährliche Keime. Dabei haben sie nicht nur Salmonellen im Blick.
Mayonnaise, Speiseeis, Mettbrötchen – auf diesen und vielen weiteren Lebensmitteln können Salmonellen-Erreger lauern. Sie können eine Durchfallerkrankung auslösen, die in der Regel nach wenigen Tagen überstanden ist. Bei einem schweren Verlauf kann es jedoch zu einem lebensgefährlichen Befall innerer Organe kommen. Das Forschungsteam um Professor Jörg Vogel von der Universität Würzburg untersucht, was in den ersten Stunden nach einer Salmonellen-Infektion passiert. Wie der Befall einer menschlichen Zelle durch die Bakterien abläuft, war bisher im Detail unbekannt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können mit ihrer neuartigen Methode erstmals zeigen, welche Gene im Verlauf einer Infektion im Erreger und in der Wirtszelle aktiv werden.
Das Forschungsteam hat dafür die komplette RNA des Bakteriums und des Wirts zusammen isoliert und ausgelesen. Die RNA ist in der Zelle für die Umsetzung der genetischen Informationen aber auch für das Feintuning der Genaktivität zuständig. Mit ihrer Methode konnten die Forscher im Detail beobachten, welche der rund 5.000 Gene der Salmonellen-Erreger zu verschiedenen Phasen der Infektion an- oder abgeschaltet sind. Gleichzeitig konnten sie nachweisen, wie die Gene der Wirtszelle auf den Eindringling reagieren. Die Ergebnisse ihrer Forschung haben sie im Januar in der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.
Bei ihrer Untersuchung haben die Forscherinnen und Forscher zunächst festgestellt, dass die Bakterien während der Infektion verstärkt ein kleines RNA-Molekül herstellen. Nun lag es nahe zu ermitteln, welche Rolle dieses Molekül beim Befall des Wirts spielt. Dem Forschungsteam ist es gelungen, die Produktion des Moleküls im Erreger gezielt abzuschalten. So konnten Sie beobachten in wieweit die Aktivität des Moleküls den Verlauf der Infektion beeinflusst.
RNA-Molekül als Taktgeber der Infektion
„Das Ergebnis war überraschend. Dieses Molekül beeinflusst offensichtlich eine ganze Reihe von Genen in den Salmonellen. Sie entscheiden darüber wie aggressiv sich die Bakterien bei der Infektion durchsetzen können“, berichtet Jörg Vogel. Das RNA-Molekül ist dabei der Taktgeber der Infektion. Diese verläuft in zwei Phasen. In der ersten Phase dringen die Bakterien in die Wirtzelle ein. Die Salmonellen produzieren hierfür spezielle Proteine, die wie ein Türöffner funktionieren. Diese Proteine bergen für die Bakterien allerdings auch die Gefahr, vom Immunsystem des Menschen entdeckt zu werden. Sobald die Bakterien in die Zelle gelangt sind, wird die Produktion der Türöffner daher abgeschaltet.
Nun beginnt die zweite Phase: Die Bakterien vermehren sich jetzt in der Wirtszelle. „Für eine erfolgreiche Infektion muss der Übergang zwischen diesen beiden Phasen genau zum richtigen Zeitpunkt stattfinden“, sagt Vogel. Ist das RNA-Molekül als Taktgeber wie im Versuch der Forschungsgruppe abgeschaltet, gerät diese fein orchestrierte Abstimmung durcheinander. Der Angriff der Bakterien kann nun vom menschlichen Körper besser abgewehrt werden.
Forscher hoffen auf Durchbruch in der Diagnostik
„Diese Erkenntnis liefert völlig neue Angriffspunkte für Therapien von Infektionen“, erklärt Vogel. So wäre etwa die Entwicklung von Wirkstoffen denkbar, die die Funktion des RNA-Moleküls behindern und damit die Infektion eindämmen. Neuartige Wirkstoffe werden angesichts der sich ausbreitenden Antibiotika-Resistenzen immer dringender nötig.
Neben der potentiellen Entwicklung von Medikamenten könnte die neue Methode der Würzburger Forscher auch einen Durchbruch in der Diagnostik bringen. „Die Methode ist für jeden bakteriellen Krankheitserreger einsetzbar und vor allem deutlich schneller als alle bisherigen Verfahren“, sagt Vogel. In Zukunft könnten die Ärztinnen und Ärzte in Echtzeit am Krankenbett feststellen, welcher Keim den Patienten befallen hat und in welchem Aktivitätszustand er sich befindet. „Unsere Diagnosemethode könnte künftig innerhalb von Minuten funktionieren“, sagt Vogel. „Bei schweren Infektionen wie etwa eine Blutvergiftung hat man keine Zeit zu verlieren, da muss man so schnell wie möglich das zum Erreger passende Antibiotikum verabreichen. Die Überlebenschancen werden durch eine schnelle Identifikation enorm gesteigert.“
Dieser Beitrag ist im Newsletter des Bundesforschungsministeriums "Aktuelle Ergebnisse der Gesundheitsforschung" erschienen (Ausgabe 78/2016).