Böse, kleine Nanohelfer

3. Januar 2008
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Es klingt nach Terminator im Zwergenformat: Wissenschaftler am Biozentrum der Universität Basel haben eine bisher unbekannte Funktion von Nanomaschinen entdeckt, die es Bakterien ermöglicht, sich besser an ihre Wirtsorganismen anzupassen. Der Clou: Die Erkenntnisse ebenen den Weg zu neuen Antiinfektiva - sofern man die Nanos ausschalten kann.

Der Angriff der Erreger ist schnell und effektiv. Spitze, molekulareNanomaschinen sorgen für die nötige Durchschlagskraft wenn es darumgeht, die befallenen Wirtszellen zu infizieren. Dass die krankmachendeWirkung vieler Bakterien erst mit Hilfe so genannter Sekretionssysteme,wie diese Nanodevices auch heißen, möglich ist, wissen Biochemiker seitgeraumer Zeit. Doch jetzt stellten Schweizer Wissenschaftler imFachblatt Nature Geneticsein weiteres Puzzlestück des Rätsels Infektion vor – und sorgen damitfür Aufsehen. Denn den Forschern gelang der Blick ins molekulareEingemachte. Anhand der Bakterien-Gattung Bartonella konnten sieerstmals zeigen, wie das Sekretionssystem IV hier massiv die Erregerunterstützt.

Bartonella umfasst gleich eine Gruppe eng verwandter Erreger, diesowohl den Menschen als auch Tiere infizieren. Die Forschungsgruppen umChristoph Dehio, Professor am Biozentrum der Universität Basel, und Stephan Schuster, früher Gruppenleiter am Max-Planck-Institut in Tübingen und heute Professor an der PennState Universityin Pennsylvania, entdeckten dabei den eigentlichen Schlüssel für denWirts-Anpassungserfolg der Mikroben: Die als Typ-IV-Sekretionssystembezeichnete Nanomaschine.

Kein gutes Omen

Wie eine Nadel sorgt der spezielle Injektionsmechanismus für dieDurchdringung der Wirtszellenmebran – und gewährleistet auf dieseWeise, dass sich Bartonella überhaupt so effektiv an seineWirtsorganismen anpassen kann. Der Clou: Während sich dieSekretionssysteme der verschiedenen Erregerarten kaum voneinanderunterscheiden, sind die eingespritzten Virulenzproteine hochgradigvariabel – und ermöglichen dadurch die spezifische Anpassung an denjeweiligen Wirt.

Die Entdeckung, dass Mikroben über eine Art Nanospritze alsAllroundwerkzeug verfügen, um damit sehr gezielt und vor allem je nachBedarf die krankmachenden Informationen in die infizierte Zelle zupumpen, lässt Mediziner einerseits aufhorchen. Eine schnelle Anpassungder Erreger an den Wirt kommt höheren Infektionsraten gleich – keingutes Omen für die ohnehin von Antibiotikaresistenzen gebeutelteInfektionsmedizin, sollte man meinen.

Fataler Fehler der Wirtzelle

Andererseits: Ausgerechnet diese Eigenschaft könnte sich als Glücksfallfür die Wirkstoffforschung erweisen: Weil viele Erreger die gleicheNanonadel benutzen, reichte die Blockade eines spezifischenSekretionssystems aus, um die Infektion gar nicht erst zustande kommenzu lassen. Eine stumpfe Nadel, wissen nicht nur Ärzte zu berichten, istfür Injektionen praktisch wertlos – eine auch für Erreger unliebsameTatsache. Gelänge es demnach, die Sekretionssysteme der Bazillen lahmzu legen oder zu unterbinden, wäre ein wichtiger Schritt in Richtungneuartiger Infektiva getan. Das Einsatzpotenzial jedenfalls scheintgigantisch, kaum ein Bakterium, das sich nicht mit Hilfe derNanomaschinen an seine Opfer heranwagt.

So konnte die deutsche Arbeitsgruppe um Steffen Backert vom Institut für Medizinische Mikrobiologieder Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg im Oktober 2007 aufzeigen,dass einer der wichtigen molekularen Pathogenitätsmechanismun vonHelicobacter pylori erst durch das Sekretionssystem IV zustande kommt.Virulente H. pylori besitzen in einem Genabschnitt ihres Chromosomseine so genannte Pathogenitätsinsel, die ein Typ IV-Sekretionssystemfür das Einschleusen des bakteriellen Onkoproteins CagA kodiert. Dasinjizierte CagA wird irrtümlich von der Wirtzelle als ein zelleigenesProtein erkannt – ein fataler Fehler. Denn über eine ganze Reihehochkomplexer Reaktionen kommt es schließlich zur Bildung kanzerogeneSignalkaskaden in der befallenen Zelle.

Zu früh für Jubel

Wer diesen Mechanismus blockt, gewinnt nicht nur den Kampf gegen denErreger – er verhindert womöglich sogar die Entstehung von H. pyloribedingtem Magenkrebs. Auf welche Weise die Wirkstoffe der Zukunftaussehen könnten, wissen Medizinforscher auch am Beispiel des BakteriumPseudomonas aeruginosa zu berichten. Bereits vor zwei Jahren schriebder angehende Doktor Maximilian Jörg Roeder an der LMU Müncheneine Dissertation über die Pathogenität des Erregers bei pulmonalerInfektion bei Mukoviszidose. Ähnlich seinen Schweizer Kollegen heutebeobachtete Roeder damals einen speziellen Sekretionsmechanismus alsausschlaggebenden Faktor für den unsäglichen Bazillenbefall.Gleichzeitig schilderte der angehende promovierte Arzt, was denErregern beim Ausschalten der Nanomaschinen blüht: Die Gabe vonIgG-Antikörpern gegen eine spezielle Komponente desTranslokationsprozesses führte "zum Überleben einer sonst tödlichenInfektionsdosis", wie Roeder resümierte.

Auch die Baseler sehen in den nun beobachteten Nanomaschinen"erfolgversprechende Ansatzpunkte für die Entwicklung neuartigerAntiinfektiva". Für Jubel hingegen wäre es noch zu früh: Die von Roederskizzierte Blockade der Nanomaschinen mit anschließender Überlebensrateder hochinfektiösen Dosis funktionierte bislang lediglich imTierversuch.

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