Die Achillesferse von Staphylokokken hängt möglicherweise von der Nahrungswahl ab

Staphylococcus aureus – auch bekannt als Staphylokokken – gehört zu den am besten erforschten menschlichen Krankheitserregern. Leider hat dieses Wissen die Behandlung von Staphylokokkeninfektionen, insbesondere in der Lunge, nicht erleichtert.

Staphylokokkenbakterien sind dafür bekannt, dass sie die Immunreaktion ihres Wirts sehr gut umgehen und sogar die stärksten Antibiotika vertragen, was häufig zu einer Lungenentzündung führt.

„Wir wissen, wie Staphylokokken die Lungenzellen angreifen und was diese Bakterien besonders virulent macht. Aber die meisten Medikamente oder Impfstoffe, die auf diese Mechanismen abzielen, haben nicht gewirkt“, sagt Alice Prince, eine Ärztin und Wissenschaftlerin, die am Vagelos College of Physicians and Surgeons der Columbia University Staphylokokken und andere Atemwegserreger erforscht.

Neue Forschungsergebnisse von Prince haben möglicherweise endlich die Achillesferse dieses Erregers entdeckt: seine Nahrungswahl. Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Journal Naturmikrobiologie.

Den Geschmack für Zucker verlieren

Die bevorzugte Nahrung von Staphylokokken ist Zucker in Form von Glukose. Diese Energiequelle ist in der Lunge jedoch nicht ohne weiteres verfügbar, insbesondere wenn Immunzellen zur Bekämpfung der Infektion herbeieilen und den größten Teil des Vorrats aufbrauchen.

Als Reaktion darauf beginnen Staphylokokken, die Aminosäure Prolin zu verzehren, die in infizierten Lungen in großen Mengen vorkommt. Bislang war nicht bekannt, wie Staphylokokken diesen raffinierten kulinarischen Wechsel vollziehen.

Um mehr zu erfahren, analysierten Prince und ihr Team die genetischen und metabolischen Veränderungen in Staphylokokken, die von Mukoviszidose-Patienten in verschiedenen Infektionsstadien isoliert wurden. (Menschen mit Mukoviszidose sind besonders anfällig für Staphylokokken, daher werden regelmäßig Lungenkulturen angelegt, die den Forschern eine Fülle von Studienmaterial liefern.)

Unter der Leitung von Dr. Andreacarola Urso, einer Absolventin des Studiengangs für Molekularpharmakologie und -therapie, haben Forscher herausgefunden, dass bei einem Mangel an Glukose im Staphylokokken-Sinn ein Mechanismus namens Kohlenstoffkatabolit-Repression (CCR) ausgelöst wird, der die Organismen darauf beschränkt, jeweils nur eine Kohlenstoffart, beispielsweise Glukose, zu konsumieren.

„Aber CCR kann Bakterien auch umprogrammieren, damit sie, wenn nötig, eine andere Energiequelle nutzen“, sagt Prince. „In diesem Fall weist CCR Staphylokokken an, die Verfügbarkeit von Prolin auszunutzen.“

Verhungernde Staphylokokken

Sobald Staphylokokken auf Prolin umsteigen, ist ihre Nahrungsversorgung praktisch endlos. Die Infektion regt die Lunge zur Produktion von Kollagen an, um durch die Bakterien geschädigtes Lungengewebe zu reparieren. Ein wichtiger Bestandteil von Kollagen ist Prolin.

„Die Lunge steigert die Prolinsynthese und liefert die Nahrung, die S. aureus braucht, um sich zu vermehren und die Atemwege zu bedecken“, sagt Prince.

Ein Medikament, das die Kollagenproduktion stoppt, kann das Bakterienwachstum bei mit Staphylokokken infizierten Mäusen verlangsamen, fanden die Forscher heraus. Für Menschen ist dieser Ansatz jedoch nicht praktikabel. „Sie brauchen Kollagen, um Ihre Atemwege zu reparieren“, sagt Prince.

Stattdessen glaubt Prince, dass eine Störung des CCR, um die Aufnahme von Prolin durch Staphylokokken zu verhindern, chronische Infektionen verhindern könnte, obwohl es derzeit keine solchen Medikamente gibt. „Eine Störung des CCR wird das Anfangsstadium einer Staphylokokkeninfektion nicht stoppen, aber sie könnte verhindern, dass diese Organismen dauerhafte Kolonien bilden, in denen sie sich vor Antibiotika und unserem Immunsystem verstecken können“, sagt sie.

Dieselbe Strategie lässt sich möglicherweise auch auf andere Bakterien anwenden, die CCR einsetzen, darunter Pseudomonas aeruginosa, eine weitere häufige Quelle antibiotikaresistenter Lungeninfektionen.