Trojanische Pferde für Krankenhauskeime

Das Bakterium Staphylococcus aureus besiedelt beim Menschen bevorzugt die Haut und die Nasenschleimhaut und macht sich dort normalerweise nicht bemerkbar. Gelingt es ihm aber, ins Körperinnere einzudringen, drohen den Betroffenen lebensgefährliche Konsequenzen in Form von Abszessen, einer Blutvergiftung, einer Lungenentzündung oder einer Entzündung der Herzinnenwand. Wie es der Erreger schafft, sein gefährliches Werk zu verrichten, ist trotz intensiver Forschung noch immer weitgehend unverstanden. Jetzt ist es Wissenschaftlern der Universitäten Oxford und Würzburg gelungen, ein Phänomen zu erklären, dass die Wissenschaft ebenfalls vor Rätsel gestellt hat. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift PNAS stellen sie ihre Ergebnisse vor.

Enge Verwandte mit deutlichen Unterschieden

„Neueste Studien haben gezeigt, dass sich in manchen Fällen Staphylococcus-Bakterienstämme im Blut von Patienten deutlich von denen unterscheiden, die sich in deren Nase nachweisen lassen“, erklärt Professor Thomas Rudel, Inhaber des Lehrstuhls für Mikrobiologie an der Universität Würzburg und gemeinsam mit seinem Mitarbeiter Dr. Martin Fraunholz einer der Hauptautoren der Studie. „Das ist ein überraschender Befund, weil beide Bakterientypen genetisch eng miteinander verwandt sind“, so Rudel.

Die wichtigsten Unterschiede: Die Fähigkeit dieser Bakterien im Blut, menschliche Immunzellen zu zerstören, ist deutlich schwächer – verglichen mit ihren Verwandten aus der Nasenschleimhaut. Gleichzeitig geht diese Veränderung mit dem Befund einher, dass solche Bakterien vermehrt in den Blutkreislauf einschwemmen, deutlich länger überleben und damit eine sogenannte Bakteriämie verursachen.

Mutation in einem Gen sorgt für die Unterschiede

Bei der Suche nach den Verantwortlichen für diesen Verlust an gefährlichen Eigenschaften wurden die Forscher bei einem bestimmten Gen fündig – sein wissenschaftlicher Name: rsp. Dieses Gen kodiert einen Transkriptionsfaktor, also ein Protein, das eine zentrale Rolle übernimmt, wenn Gene abgelesen und Proteine gebildet werden. „Ist das Gen mutiert, verändern sich die Eigenschaften der Bakterienpopulation der Nase: Ihre Toxizität nimmt drastisch ab. Das hat zur Folge, dass Bakterien, in denen rsp mutiert ist, zwar effizient von Fresszellen des menschlichen Immunsystems aufgenommen werden, diese jedoch erst mit einer gewissen Verzögerung zerstören“, so Rudel. Da diese Immunzellen mobil sind, können sie als „Trojanische Pferde“ die Bakterien im Menschen verbreiten, oft mit fatalen Folgen.

Bei Staphylococcus-Stämmen der Haut fanden die Wissenschaftler übrigens keine vergleichbaren Veränderungen. Das lässt ihrer Meinung nach den Schluss zu, dass die neuen Eigenschaften nur bei einer Infektion der Blutbahn von Vorteil sind, nicht aber bei einem Befall der Haut oder anderer weicher Gewebe.

„Unsere Befunde sprechen dafür, dass spontane Mutationen dafür verantwortlich sind, wenn das Regulationssystem, basierend auf dem rsp-Transkriptionsfaktor, seine Funktion verliert”, fasst Thomas Rudel die wichtigsten Ergebnisse dieser Studie zusammen. In der Folge davon sinkt die Sterblichkeit zu Beginn einer Infektion, und die veränderten Bakterien können tief in Gewebe eindringen und dort schwere Krankheiten verursachen. Für die Wissenschaftler ist diese Entdeckung aus einem Grund besonders spannend: Sie zeigt, dass nur geringe Änderungen in der Erbsubstanz der Bakterien das Krankheitsbild und der Krankheitsverlauf drastisch verändern. Diese sogenannten Mutationen in den Bakterien können sogar während der Besiedlung des Menschen entstehen.

Stichwort „Staphylococcus aureus“

Staphylococcus aureus lässt sich mit „goldenes Traubenkügelchen“ übersetzen. Der Name rührt daher, dass sich die Zellen gerne zu traubenförmigen Haufen zusammenschließen und in der Masse goldgelb escheinen. Nach aktuellen Untersuchungen tragen etwa 25 bis 30 Prozent aller Menschen den Keim mit sich. In der Regel bereitet er ihnen keine Probleme. Erst wenn ihr Immunsystem geschwächt ist, breitet sich der Krankheitserreger aus.

In den Medien hat eine spezielle Variante dieser Bakterien in den vergangenen Jahren zweifelhaften Ruhm erlangt: Der Typ „Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus“ – kurz: MRSA – breitet sich immer stärker in Krankenhäusern und Altenheimen aus. Was ihn so tückisch macht: Er ist gegen die meisten Antibiotika resistent – selbst gegen die stärksten Mittel, die erst dann zum Einsatz kommen, wenn gängige Therapeutika durchgängig versagt haben.

Natural mutations in a Staphylococcus aureus virulence regulator attenuate cytotoxicity but permit bacteremia and abscess formation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1520255113

Kontakt

Prof. Dr. Thomas Rudel, Lehrstuhl für Mikrobiologie, T: (0931) 31-84401, E-Mail: Thomas.Rudel@biozentrum.uni-wuerzburg.de

Dr. Martin Fraunholz, T: (0931) 31-83242, martin.fraunholz@uni-wuerzburg.de