Gramnegative Bakterien: Gifte als Schmerzursache

1. August 2014
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Lungenentzündung, Hirnhautentzündung und Sepsis haben eines gemein: Sie können von gramnegativen Bakterien ausgelöst werden. Forscher konnten zeigen, dass die von diesen Bakterien erzeugten Giftstoffe eine direkte Ursache für Schmerzen und Entzündungen sein können.

Die Zellwände der gramnegativen Bakterien werden von Lipopolysacchariden (LPS), fetthaltigen Zuckerkettenmolekülen, stabilisiert. Werden die Bakterien nun vom Immunsystem oder von Antibiotika angegriffen, zerfallen sie und setzen große Mengen der LPS frei. In der Regel wirken die LPS als Signalstoffe und aktivieren die Zellen des Immunsystems. Ein europäisches Forscherteam aus Alicante, Leuven und Erlangen, an dem auch eine Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Peter Reeh vom Institut für Physiologie und Pathophysiologie der FAU beteiligt ist, hat entdeckt, dass LPS auch die direkte Ursache für Schmerzen sein können. Sie sind nämlich in der Lage, Nozizeptoren zu aktivieren und zu sensibilisieren.

Verantwortlich für die leichte Erregbarkeit der Nervenfasern ist wiederum ein universeller Chemorezeptor – das Eiweißmolekül TRPA1. Es handelt sich dabei um einen Ionenkanal, der in der Zellwand sitzt. Durch diesen Kanal strömen Ionen ein, die die Nerven erregen. Die Folge davon kennt jeder, der schon einmal Zwiebeln geschnitten hat: Der TRPA1 spricht auf den Schadstoff, das ‚Tränengas‘, an und verursacht das unangenehme Brennen in Augen und Nase.

Rezeptor reagiert auf LPS

Die Forscher um Peter Reeh haben nachgewiesen, dass LPS den TRPA1 schnell und direkt ohne Umwege über Immunzellen und Entzündungshormone aktivieren können. „Dabei haben wir gleichzeitig auch einen bisher unbekannten Mechanismus entdeckt“, erklärt Peter Reeh. „Der gemeinsame Fettanteil der LPS-Moleküle scheint sich in die Nervenzellmembran, die ebenfalls aus fettartigen Stoffen besteht, hineinzudrängen und diese dabei einzudellen.“ Die Folge davon: TRPA1 gerät unter Zugspannung, was die Öffnung des Ionenkanals erleichtert – Natrium- und Kalziumionen dringen ein und erregen die feinen Verästelungen der Nerven. „Im Krankheitsfall treten LPS natürlich nicht alleine auf, sondern stets zusammen mit Säuren und anderen Schadstoffen, die durch die bakterielle Entzündung entstehen“, sagt Reeh. Die Forscher der FAU haben zum Beispiel gezeigt, dass bei einem Zusammentreffen von LPS mit solchen Schadstoffen am Rezeptor TRPA1 Neuropeptide aus den erregten Nervenfasern ausgeschüttet werden, die die Blutgefäße erweitern, die Durchlässigkeit ihrer Wände steigern und Immunzellen anlocken. Reeh: „Wenn das an mehreren Stellen im Körper passiert, besteht die Gefahr, dass der Kreislauf zusammenbricht, was wiederum zu einem sogenannten Endotoxinschock führen kann.“

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Schematische Darstellung des neu entdeckten molekularen Mechanismus: Der Fettanteil der LPS-Moleküle drängt sich in die Nervenzellmembran. Dadurch öffnet sich der Ionenkanal TRPA1, Natrium- und Kalziumionen können eindringen und die feinen Verästelungen der Nerven erregen. Die freigesetzten Neuropeptide (SP, CGRP) fördern die neurogene Entzündung. 4-Hydroxynonenal ist ein Beispiel für einen körpereigenen Schadstoff aus dem Entzündungsstoffwechsel. © Grafik: FAU

TRPA1 steht zudem schon lange unter dem Verdacht, eine Rolle bei Asthma oder Dickdarm- und Bauchspeicheldrüsenentzündungen zu spielen. „Vielleicht ließen sich mit einem TRPA1-Blocker auch die oft tödlichen Folgen einer Blutvergiftung abwenden, die zu Ganzkörperentzündung und Multiorganversagen führen kann“, sagt Reeh.

Originalpublikation:

TRPA1 channels mediate acute neurogenic inflammation and pain produced by bacterial endotoxins
Peter Reeh et al.; Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms4125; 2014

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