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Eine mit Parachlamydien infizierte Amöbe

Wie Mikroorganismen krank machen

Bakterielle Krankheitserreger und ihre harmlosen Verwandten sind einander häufig sehr ähnlich. Erst Anpassungen der Mikroorganismen ermöglichen die Infektion des Menschen. Ihr Verständnis hilft, das Entstehen von Krankheiten besser zu verstehen und neue Strategien zu deren Bekämpfung zu entwickeln.

ÖAW Young Science 02.01.2013

Ein aktuelles Forschungsprojekt zeigt dies am Beispiel der Chlamydien - einer Familie von Bakterien - wie die Mikrobiologin Barbara Sixt in einem Gastbeitrag beschreibt.

Gefahr durch Chlamydien

Von Barbara Sixt

Porträt Barbara Sixt

Sixt

Zur Person:
Barbara Susanne Sixt (geb. 1984) ist seit 2010 Stipendiatin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften am Department für Mikrobielle Ökologie der Universität Wien und erforscht in ihrer Doktorarbeit bakterielle Symbionten von Amöben.

Chlamydien zählen zu den häufigsten Verursachern sexuell übertragener Erkrankungen weltweit. Obwohl oft völlig unerkannt, können Infektionen mit diesem bakteriellen Erreger schwerwiegende Folgeschäden bis hin zur Unfruchtbarkeit nach sich ziehen und somit dem familiären Glück dauerhaft im Wege stehen. Diese Keime sind außerdem gefürchtet als Verursacher einer Vielzahl weiterer Erkrankungen, insbesondere von Atemwegserkrankungen, sowie einer bestimmten Form der Augeninfektion, bekannt als Trachom, die vor allem in Entwicklungsländern eine häufige Ursache der Erblindung darstellt.

Chlamydien befallen jedoch nicht nur den Menschen und Tiere. Auch Einzeller sind nicht davor gefeit. Eine genauere Untersuchung von Amöben, auch als "Wechseltierchen" bekannte einzellige Lebewesen, hat vor wenigen Jahren ergeben, dass diese häufig in enger Assoziation mit Bakterien leben, darunter auch eine als Parachlamydien bekannte Gruppe von Chlamydien. Aufgrund der außerordentlich weiten Verbreitung von Amöben in der Umwelt sind daher auch Menschen den Parachlamydien im Alltagsleben ständig ausgesetzt. Warum werden wir also nicht krank?

Chlamydien als Untermieter

Chlamydien unterscheiden sich von den meisten anderen Bakterien durch ihren obligat intrazellulären Lebensstil, das heißt ähnlich einem Virus können sie sich nur innerhalb einer Wirtszelle vermehren, die eine geschützte Nische darstellt und Nährstoffe bereitstellt. Außerdem zeichnen sich diese Bakterien durch einen komplexen Entwicklungszyklus aus, der aus zwei Stadien besteht, einem infektiösen, das Zellen befällt, und einem intrazellulären, das sich in den Wirtszellen vermehrt und ihnen Nährstoffe entzieht.

Am Ende des Zyklus erfolgt wieder eine Umwandlung in das infektiöse Stadium, die Wirtszelle wird zerstört und eine große Zahl neugebildeter Bakterien wird freigesetzt, um weitere Zellen zu befallen.

Eine von Parachlamydien infizierte Amöbe

Sixt

Eine mit Parachlamydien infizierte Amöbe.

Zellulärer Selbstmord als Abwehrmechanismus

Literatur:
Artikel zum Thema: Lack of Effective Anti-Apoptotic Activities Restricts Growth of Parachlamydiaceae in Insect Cells

ÖAW Young Science:

Der Text ist Teil des Projektes Young Science, im Zuge dessen Gastbeiträge von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Österreichischen Akademie der Wissenschaften erscheinen. Das Projekt ist eine Kooperation zwischen Ö1/science.ORF.at und der Akademie der Wissenschaften.

In vielzelligen tierischen Lebewesen, wie auch im Menschen, stellt die sogenannte Apoptose - ein genetisches Programm "zellulären Selbstmords" - einen natürlichen Abwehrmechanismus dar, der der Ausbreitung intrazellulärer Krankheitserreger entgegenwirkt. Durch gezielte Selbstzerstörung einzelner Zellen kann der Körper überschüssige, beschädigte, aber auch durch Erreger befallene Zellen sicher entfernen. Ein frühzeitiger Tod einer durch Chlamydien infizierten Wirtszelle würde den bakteriellen Entwicklungszyklus unterbrechen und daher die Bildung infektiöser Stadien unterbinden.

Während die für den Menschen gefährlichen chlamydialen Krankheitserreger im Laufe der Evolution als Anpassung an ihren natürlichen Wirt aber gelernt haben den zellulären Selbstmord gezielt zu unterbinden, zeigten jüngste Forschungsergebnisse, dass es das Fehlen eben dieser Fähigkeit sein könnte, die den Parachlamydien eine Infektion eines vielzelligen tierischen Wirtes erschwert, sodass für den Menschen keine gesundheitliche Gefährdung durch diese Bakterien zu befürchten ist.

Künstliche Lebenserhaltung ermöglicht Infektion

Konkret zeigte sich in einer Studie, die am Department für Mikrobielle Ökologie der Universität Wien in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Freiburg in Deutschland durchgeführt wurde, dass Parachlamydien, anders als ihre verwandten Krankheitserreger, nur ein sehr geringes Potenzial zur Vermehrung in tierischen Zellen aufweisen, da die Infektion zu einem frühzeitigen Tod der befallenen Zellen führt. Durch Untersuchung von zellmorphologischen Veränderungen, sowie der Erfassung typischer biochemischer Veränderungen, wie z.B. dem Abbau von DNA, der Erbsubstanz, konnte belegt werden, dass die Infektion zu einer Aktivierung des apoptotischen Programms, also des geplanten Selbstmords der Zelle, führt.

In Säugetierzellen ist der programmierte zelluläre Selbstmord relativ komplex, nicht so in Insektenzellen, in denen dieser Mechanismus durch Blockade der Aktivität eines zellulären Enzyms, das für die Ausführung des Zelltods maßgeblich ist, experimentell unterbunden werden kann. Erstaunlicherweise zeigt sich, dass eine derartige künstliche Lebenserhaltung der Wirtszellen bereits völlig ausreichend ist, um ein effizientes Wachstum der Parachlamydien in diesen tierischen Zellen zu ermöglichen.

Von Parachlamydien infizierte Insektenzellen

Sixt

Künstliche Lebenserhaltung ermöglicht Infektion: Eine Infektion von Insektenzellen mit Parachlamydien führt normalerweise zum schnellen Absterben der Wirtszellen und ineffizientem Wachstum der Bakterien (siehe A). Wird die Apoptose experimentell unterbunden kann hingegen eine erfolgreiche Vermehrung der Bakterien beobachtet werden (siehe B). Die Bakterien wurden durch Verwendung einer spezifischen mit einem roten Fluoreszenzfarbstoff markierten Sonde angefärbt.

Erfolgskonzept Anpassung

Der Erfolg eines Krankheitserregers beruht zu einem großen Teil auf der feinen Anpassung an den Wirt und dessen natürliche Abwehrmechanismen.

Durch Einbindung nah verwandter Bakterien in unsere Betrachtungen kommen wir der Antwort auf die Frage, warum manche Bakterien gefährliche Krankheitserreger sind, während andere, ganz ähnliche Mikroben für den Menschen völlig harmlos sind, einen Schritt näher und legen damit einen Grundstein für die Erforschung geeigneter Strategien zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten.

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