Neue Erkenntnisse zu antibiotikaresistentem Keim

by | Jun 10, 2024

Quelle: Benoit Laventie / Biozentrum, Universität Basel

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Forscher der Uni Basel konnten mit Hilfe von Mini-Lungen dem Infektionsgeschehen des Lungenkeims Pseudomonas auf die Spur kommen. Solche Organmodelle werden in Zukunft immer wichtiger.

Mit einer Sterblichkeitsrate von bis zu 50 Prozent hat es das Bakterium Pseudomonas aeruginosa auf die WHO-Liste der zwölf weltweit gefährlichsten Krankheitserreger geschafft. Forschern um Prof. Dr. Urs Jenal vom Biozentrum der Universität Basel ist es nun gelungen, neue Erkenntnisse zum Infektionsgeschehen zu gewinnen und wie genau das Bakterium die Lunge angreift. Dafür haben sie im Labor aus menschlichen Stammzellen Mini-Lungen gezüchtet und mit dem Bakterium infiziert. In der Fachzeitschrift Nature Microbiology beschreiben sie, wie es Pseudomonas gelingt, die oberste Schicht des Lungengewebes zu durchbrechen und in tieferliegende Bereiche vorzudringen. Die Arbeit entstand im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes NCCR „AntiResist“.

Zellschicht doch keine undurchdringliche Barriere

Die Lunge ist so konzipiert, dass sowohl eine dicht gepackte Zellschicht als auch Schleim das tieferliegende Lungengewebe schützt. Pseudomonas schafft es jedoch, diese eigentlich für Keime undurchdringlich Barriere zu überwinden. Über das Wie würde lange spekuliert. Genau das haben Prof. Jenal und seine Kollegen herausgefunden. Das Bakterium nutzt die sogenannten Becherzellen, die den Schleim produzieren, als Eintrittspforte – sozusagen als Trojanische Pferde. „Obwohl diese Becherzellen nur einen kleinen Teil der Lungenschleimhaut ausmachen, gelangen die Keime durch sie hinter die Abwehrlinie und öffnen die Tore“, erklärt der Wissenschaftler.

Mit einem ganzen Waffenarsenal, einen sogenannten Sekretionssystemen, dringen die Keime gezielt in die Becherzellen ein, vermehren sich dort und töten die Zellen schließlich. Weil die Zellen platzen, entsteht eine Lücke im Zellverband – die Barriere wird undicht. Diese Schwachstelle nutzen die Erreger sofort aus: Sie rücken in die Lücke vor und breiten sich in tiefere Gewebeschichten aus. Und dort sind Bakterien nur schwer für Abwehrzellen oder Antibiotika zu erreichen.

Gut ausgestattetes Bakterium

Was nach wie vor unklar ist: Wie passen die Erreger ihr Verhalten im Verlauf der Infektion an? Sie müssen beispielsweise erst mobil sein, sich bei Kontakt mit Zellen dann schnell festheften können und später ihr Waffenarsenal hochfahren. Die Medizin weiß zwar, dass die Keime ihr Verhalten dank kleiner Signalmoleküle rasch ändern können. Bislang fehlten jedoch technische Hilfsmittel, um die genauen Zusammenhänge zu untersuchen.

Doch auch die hat das Team um Prof. Jenal entwickelt: Mit einem Sensor können sie nun das Signalmolekül c-di-GMP in einzelnen Bakterien messen und verfolgen, was der Professor als technologischen Durchbruch bezeichnet: „Jetzt können wir in Echtzeit und mit höchster Auflösung sehen, wie dieses Signalmolekül im Verlauf der Infektion reguliert wird und wie es die Virulenz des Erregers steuert. Wir können jetzt also beobachten, wann einzelne Erreger bestimmte Programme anschalten, sich zum Beispiel erst ans Gewebe festsetzen und es später angreifen. Mit der Methode können wir Lungeninfektionen noch genauer auf den Grund gehen.“

Antibiotikaresistente Keime besser bekämpfen

„Dank der Mini-Lungen verstehen wir nun viel besser, wie sich die Krankheitserreger im Gewebe und vermutlich auch in Patientinnen und Patienten verhalten“, sagt Prof. Jenal. „Damit sind wir dem Ziel unseres Forschungsnetzwerks NCCRs AntiResist, Strategien zur Bekämpfung antibiotikaresistenter Keime zu finden, ein ganzes Stück nähergekommen.“ Mit diesen Lungenmodellen lässt sich auch die Wirkung von Antibiotika im Gewebe erforschen, etwa wo die Bakterien während der Behandlung überleben. Solche Organmodelle werden in Zukunft unverzichtbar sein, wenn es darum geht, neue und effektive Strategien zur Bekämpfung von Krankheitserregern zu entwickeln.

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