Forscher entdecken eine neue Strategie, mit der Erreger in Zellen eindringen Bakterieninvasion mit Reißverschluss - scinexx | Das Wissensmagazin
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Forscher entdecken eine neue Strategie, mit der Erreger in Zellen eindringen

Bakterieninvasion mit Reißverschluss

Bakterien der Art Pseudomonas aeruginosa (eingefärbte elektronenmikroskopische Aufnahme). © CDC

Kreativer Angriff: Bakterien der Art Pseudomonas aeruginosa benutzen bei der Infektion einen zellulären Reißverschluss, um in die Zellen einzudringen. Damit ist der Krankenhauskeim völlig unabhängig von bisher bekannten Invasionsmechanismen, berichten deutsche Wissenschaftler im Magazin „Proceedings of the National Academy of Sciences“. Weil die für den Reißverschluss nötigen Moleküle aber nun bekannt sind, ermöglicht dies auch die gezielte Suche nach neuen Wirkstoffe gegen den Erreger.

Das Bakterium Pseudomonas aeruginosa kann bei Menschen mit geschwächten Abwehrkräften gefährliche Haut- und Lungenentzündungen hervorrufen. Der Erreger gehört zu den sogenannten Krankenhauskeimen: Er nutzt die geringe Konkurrenz in der ansonsten sterilen Umgebung von Krankenhäusern und befällt Patienten, die bereits durch andere Krankheiten geschwächt sind. Entscheidend für die Infektion ist, wie das Bakterium in Körperzellen des Wirtes eindringt. Dazu nutzen die meisten Bakterien die „Muskeln“ der Zelle, die sie befallen: Sie manipulieren die Aktin-Fasern im Zellinneren und schleusen sich auf diesem Wege ein.

Andocken und Einwickeln

Einen völlig neuen Mechanismus für diese Invasion hat ein Forscherteam um Thorsten Eierhoff von der Universität Freiburg nun entdeckt. Sie beobachteten, dass die Bakterien mit Hilfe eines spezifischen Moleküls an ihrer eigenen Oberfläche, dem Protein LecA, an die Zellen andocken. Das Protein bindet dabei an besondere Lipid-Moleküle, sogenannte Gb3-Lipide, die in der Außenmembran von menschlichen Zellen vorkommen.

Pseudomonas aeruginosa (grün) dringt mithilfe des Lipid-Reißverschlusses in ein synthetisches Vesikel ein (rot). © Thorsten Eierhoff

Ein einzelnes gebundenes Molekül ist aber noch nicht genug: Stattdessen greifen die Moleküle gleich reihenweise ineinander, ganz wie die Zähne eines Reißverschlusses. Auf diese Weise wickelt sich die Zellhülle Schritt für Schritt um den Erreger und bringt ihn schließlich ins Innere der Zelle. Computerberechnungen stützten die Beobachtung, sie zeigten dass die Bindungskräfte zwischen den Molekülen ausreichen, um das Bakterium auf diese Art einzuwickeln.

Lipid-Reißverschluss: Ohne Aktin in die Zelle

Um nachzuweisen, dass der Vorgang tatsächlich ohne die bereits bekannten Aktinfasern abläuft, setzten die Forscher Pseudomonas-Bakterien auf synthetischen Membranbläschen ab. Die Bläschen enthielten weder Aktin noch sonstige Zellkomponenten – nur das Lipid Gb3. Die künstliche Membran stülpte sich ein und umschloss die Bakterien, als diese an der Oberfläche andockten. Der Wickelvorgang trat jedoch nur auf, wenn die Bakterien das Protein LecA produzierten. „Der Versuch zeigt: Pseudomonas gelangt mit diesem Lipid-Reißverschluss in Zellen hinein, ohne Aktin zu manipulieren“, sagt Eierhoff.

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Aber nicht nur auf synthetischen Membranen, auch in Kulturen von menschlichen Lungenzellen wiesen die Forscher nach, dass die Moleküle LecA und Gb3 der Schlüssel für die erfolgreiche Bakterieninvasion sind: Ohne das Molekülpaar ging die Zahl der Erreger, die in die Zellen eindringen, um bis zu 70 Prozent zurück. Aufgrund dieser Ergebnisse identifizierten die Wissenschaftler auch bereits einen möglichen Wirkstoff gegen den Krankenhauskeim Pseudomonas aeruginosa.

(PNAS, 2014; doi: 10.1073/pnas.1402637111)

(Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, 20.08.2014 – AKR)

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