Es wurde festgestellt, dass Cholera-Bakterien einen aggressiven Biofilm bilden, um Immunzellen abzutöten

Bakterien nutzen die Kraft von Gemeinschaften. Eine Forschungsgruppe der Universität Basel hat nun herausgefunden, dass der bakterielle Erreger der Cholera auf Immunzellen eine neuartige Bakteriengemeinschaft bildet: einen aggressiven Biofilm, der für die Zellen tödlich ist. Die Studie wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Zelleliefert neue Erkenntnisse über die Infektionsstrategien von Krankheitserregern.

Viele Bakterien verfolgen eine faszinierende Abwehrstrategie, indem sie auf Oberflächen Gemeinschaften bilden, sogenannte Biofilme. Solche Biofilme begegnen uns im Alltag beispielsweise als Zahnbelag im Mund, schleimige Beläge auf Steinen im Wasser oder auch als Teil unserer Darmflora. Bakterielle Biofilme sind von Natur aus tolerant gegenüber Antibiotika und können im klinischen Umfeld eine erhebliche Bedrohung darstellen, wenn sie Implantate, Katheter oder chirurgische Instrumente besiedeln.

Durch diese Besiedelung können Krankheitserreger in unseren Körper eindringen und Infektionen auslösen, die vom Immunsystem und mit Antibiotika nur schwer bekämpft werden können.

Bisher ging man davon aus, dass Bakterien Biofilme bilden, um sich zu verteidigen und zu schützen. Das hat das Forschungsteam um Prof. Knut Drescher vom Biozentrum der Universität Basel nun in ihrer kürzlich veröffentlichten Studie nachgewiesen Zelle Studie, dass Bakterien Biofilme auf der Oberfläche von Immunzellen bilden. Diese bisher unbekannte Art von Gemeinschaft unterscheidet sich von bereits bekannten bakteriellen Biofilmen nicht nur in ihrer Struktur, sondern auch in ihrer Funktion: Dieser Biofilm erfüllt keinen Schutzzweck, sondern ist eine aggressive Eigenschaft.

Biofilm auf Immunzellen: Netzwerk statt typischer schleimiger Matrix

Dreschers Team hat diesen neuartigen Biofilm beim Cholera-Erreger Vibrio cholerae entdeckt. Dieses Bakterium besiedelt verschiedene Immunzellen im menschlichen Wirt.

Um die Biofilmbildung auf Immunzellen besser zu verstehen, konzentrierten sich die Forscher auf eine bestimmte Art von Fresszellen, sogenannte Makrophagen. „Bakterien, die zufällig auf einen Makrophagen treffen, heften sich mit einer Art ‚Fühler‘ an die Zelloberfläche“, erklärt Erstautorin Lucia Vidakovic. „Anschließend beginnen die Bakterien, ihre fühlerähnlichen Fortsätze zu teilen und zu verschränken.“

Der Aufbau der extrazellulären Matrix dieses Biofilmtyps unterscheidet sich daher grundlegend von bisher bekannten, bei denen Bakterien typischerweise in eine schleimige Matrix aus Zuckern und Proteinen eingebettet sind.

Biofilme auf Immunzellen sind eine aggressive statt einer defensiven Strategie

Mit der Zeit umhüllen die vom Cholera-Erreger produzierten Biofilme die Makrophagen vollständig, was zum Zelltod führt. „Die Bakteriengemeinschaft greift die Immunzellen aktiv an und tötet sie ab. Allerdings haben wir den genauen Mechanismus zunächst nicht verstanden“, sagt Vidakovic. „Um dieses Rätsel zu lösen, haben wir alle 14 bekannten Toxine des Cholera-Erregers akribisch untersucht und konnten schließlich das Hämolysin als Übeltäter identifizieren.“

Dieses Toxin bildet Poren in der Schutzmembran der Immunzellen und tötet diese dadurch ab.

Cholera ist eine lebensbedrohliche Infektionskrankheit, die zu schwerem Durchfall führt. Da der Mensch der einzige Wirt des Cholera-Erregers ist, erstellten die Wissenschaftler ein menschliches Darmorganoidmodell. Anhand dieses Modells konnten sie zeigen, dass Vibrio cholerae in der Lage ist, tödliche Biofilme auf Makrophagen zu bilden, nachdem es die menschliche Darmbarriere besiedelt und zerstört hat.

„Diese neuartige Angriffsstrategie der Bakterien kann den Verlauf der Cholera-Infektion erheblich beeinflussen“, ergänzt Knut Drescher. „In einem nächsten Schritt wollen wir untersuchen, ob auch andere Krankheitserreger solch aggressive Biofilme bilden. Die Aufklärung der Strategien bakterieller Krankheitserreger ist entscheidend für die Entwicklung neuer Ansätze zu ihrer Bekämpfung.“