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Pesterreger unter dem Mikroskop

Wie ein Darmkeim zum Pesterreger wurde

Nur zwei kleine Änderungen im Erbgut haben aus einem relativ harmlosen Darmbakterium den Pesterreger gemacht, der allein im 14. Jahrhundert 50 Millionen Menschen tötete. Das weisen amerikanische Forscher bei Versuchen an Mäusen nach.

Genetik 01.07.2015

Das Bakterium "Yersinia pestis" verursacht die lebensgefährliche Pest. Es hat sich aus dem Darmbakterium "Yersinia pseudotuberculosis" entwickelt, das Krankheiten im Verdauungstrakt auslösen kann, ohne Säugetieren oder Menschen wirklich gefährlich zu werden.

Wann "Yersinia pestis" die Fähigkeit erwarb, eine schnell verlaufende Lungenentzündung zu verursachen, war bisher nicht bekannt.

Enzym verleiht Zerstörungskraft

Forscher um Wyndham Lathem von der Northwestern University Feinberg School of Medicine in Chicago gingen nun von der Beobachtung aus, dass moderne Pesterreger in der Lage sind, das Enzym "Pla" herzustellen.

Einige ältere Stämme, die noch in Wühlmäusen zu finden sind, können dies nicht. Dazu gehört der Keim "Pestoides F", der bei Mäusen keine Lungenentzündung auslöst. Das Team um Lathem versetzte "Pestoides F" durch eine genetische Veränderung in die Lage, "Pla" zu produzieren. Prompt löste der Erreger Lungenentzündungen aus.

Umgekehrt nahmen die Mikrobiologen dem modernen Erreger "CO92" die genetische Fähigkeit, "Pla" zu synthetisieren. "CO92"-Bakterien konnten sich zwar vermehren, aber in der Regel keine Lungenerkrankung erzeugen.

Daraus schließen die Wissenschaftler, dass das Oberflächenprotein "Pla" die entscheidende Rolle spielt bei der Frage, wie stark sich der Pesterreger in der Lunge vermehrt. Die Möglichkeit, "Pla" herzustellen, erhielt der Pesterreger durch ein Plasmid, einen ringförmigen Erbgutträger außerhalb der Chromosomen. Lathem und Kollegen vermuten, dass "Yersinia pestis" das Plasmid durch Genaustausch mit anderen Darmbakterien erworben hat.

Pandemien nach Mutation

Das Gen zur Herstellung von "Pla" unterscheidet sich bei älteren und jüngeren Stämmen. Beide Varianten lösen die Lungenentzündung aus, doch nur bei der jüngeren greift die Erkrankung auch rasch auf andere Organe wie die Milz über.

Die Forscher sehen dies als Beleg dafür an, dass eine Mutation von der alten zur jüngeren Variante den Pesterreger befähigte, sich im ganzen Körper zu verbreiten. Erst mit dieser genetischen Ausstattung sei es möglich gewesen, dass das Bakterium die großen Pestpandemien in der späten Antike und im Mittelalter auslöste.

Dass "Yersinia pestis" zunächst fähig war, eine Lungenentzündung auszulösen und erst später durch den Befall von Lymphknoten die Beulenpest, ist eine neue Sicht der Dinge. Bisher war die Wissenschaft von der umgekehrten Reihenfolge ausgegangen.

Für das Forscherteam zeigen die Ergebnisse, dass der Weg zu einem gefährlichen Krankheitserreger manchmal sehr kurz ist: "Diese Forschung hilft uns, besser zu verstehen, wie Bakterien sich an neue Wirtsumgebungen anpassen und Krankheiten auslösen, indem sie nur kleine Stücke von DNA erwerben", sagt Lathem.

Reservoir gefährlicher Keime in Nagern

Einer früheren genetischen Studie zufolge ist der Pesterreger zu mehreren Zeitpunkten der Geschichte aus seinen Reservoiren bei Nagetieren aufgetaucht und hat Pandemien bei Menschen ausgelöst.

Zwar seien einige Erregerstämme ausgestorben, doch noch immer gebe es weltweit unter Nagtieren Varianten des Bakteriums, die erneut Pandemien auslösen könnten, berichteten letztes Jahr Forscher um David Wagner von der Northern Arizona University. Allerdings sei eine große Pandemie aufgrund heutiger Antibiotika unwahrscheinlich.

Die Krankheit bricht weiterhin vor allem in Afrika immer wieder aus. Die Weltgesundheitsorganisation zählte allein 2013 insgesamt 783 Fälle, 126 der Erkrankten starben. Am stärksten betroffen sind demnach Madagaskar, der Kongo aber auch Peru.

science.ORF.at/dpa

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