Chronische Pneumonie: Schlechtes Ca-rma

7. November 2016
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Der Erreger Pseudomonas aeruginosa ist für zehn Prozent aller Infektionen in Kliniken verantwortlich, besonders häufig für Pneumonien. Dass diese Infektion oft einen chronischen Verlauf nimmt, hat laut Forschern mit dem Kalziumspiegel zu tun.

Der Erreger Pseudomonas aeruginosa gilt in Krankenhäusern als ausgesprochener Problemkeim. Etwa zehn Prozent aller Krankenhausinfektionen, vor allem Lungenentzündungen, gehen auf sein Konto. Forscher vom Biozentrum der Universität Basel haben nun herausgefunden, dass Kalzium den Schalter von der akuten zur chronischen Infektion umlegt.

Außerdem ist das Bakterium aufgrund von Multiresistenzen gegenüber Antibiotika schwer zu bekämpfen. Das Spektrum an Krankheiten, die durch P. aeruginosa verursacht werden, ist äußerst umfangreich. Am häufigsten ruft der Keim chronische Lungenentzündungen bei Patienten mit geschwächtem Immunsystem hervor.

Kalzium stellt den Schalter zu chronischer Virulenz um

Im frühen, akuten Stadium der Lungenentzündung nutzt der Keim ein breites Arsenal an Virulenzfaktoren, um sich im Wirt festzusetzen und dem Immunsystem zu entkommen. Beim Fortschreiten der Infektion ändert das Bakterium seine Strategie und schaltet von akuter zu chronischer Virulenz um: Es stoppt die Produktion von Virulenzfaktoren, wie bakterielle Injektionsnadeln und Toxine, dafür bildet es einen Biofilm.

Das Team um Prof. Urs Jenal hat nun mit Kalzium zum ersten Mal ein Signal entdeckt, das den Schalter zu chronischer Virulenz umstellt.

 „In Pseudomonas gibt es einen zentralen Signalweg, der die Informationen aus der Umgebung sammelt und schliesslich entscheidet, ob der Erreger vom akuten in den chronischen Zustand wechselt“, erklärt Jenal. „Obwohl der Signalweg schon länger bekannt ist, wusste man bislang nicht, welche äußeren Signale die Virulenz von akut zu chronisch umschalten.“

Wie die Forscher nun herausgefunden haben, misst ein Enzym in der Bakterienmembran die Menge an Kalzium in der Umgebung und leitet das Signal ins Zellinnere weiter. Bei einer hohen Kalziumkonzentration wechselt Pseudomonas ins chronische Programm: Die Bakterien im Biofilm drosseln ihr Wachstum und können dadurch Antibiotika besser tolerieren und dem Immunsystem Paroli bieten.

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Durch Kalzium schaltet der Krankheitserreger Pseudomonas aeruginosa von akuter (grün) zu chronischer (rot) Virulenz um. (Bild: Universität Basel, Biozentrum)

Kalzium-sensitive Bakterien bei Zystischer Fibrose

Dass dies auch klinisch relevant ist, konnten die Infektionsbiologen bei Patienten mit Zystischer Fibrose nachweisen. Die Betroffenen leiden ihr Leben lang an chronischen Infektionen mit P. aeruginosa, die zur Zerstörung des Lungengewebes führen.

„Auch die Bakterien, die wir direkt aus den Atemwegen der Patienten isolierten, reagierten empfindlich auf Kalzium“, betont Jenal. „So können sie ihre Virulenz jederzeit den sich oftmals ändernden Bedingungen in den Atemwegen anpassen. Ein wichtiges Merkmal der Zystischen Fibrose ist unter anderem der gestörte Kalzium-Haushalt. Da die Patienten oft erhöhte Kalziumspiegel aufweisen, gehen wir davon aus, dass dies den Übergang vom akuten zum chronischen Stadium begünstigt. Dies wiederum ist für die Keime von Vorteil, denn sie sichern sich so ein langfristiges Überleben in den Atemwegen. Die Behandlung der Betroffenen wird dadurch jedoch erschwert.“

Originalpublikation:

LadS is a calcium-responsive kinase that induces acute-to-chronic virulence switch in Pseudomonas aeruginosa
Ursula N. Broder et al.; Nature Microbiology 2, doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.184; 2016

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