Forscher des UT Southwestern Medical Center haben herausgefunden, wie ein Bakterium, das Menschen infiziert, nachdem sie rohe oder unzureichend gekochte Schalentiere gegessen haben, spritzenartige Strukturen bildet, um seine Toxine in Darmzellen zu injizieren. Die Ergebnisse, veröffentlicht in Naturkommunikationkönnte zu neuen Wegen zur Behandlung von Lebensmittelvergiftungen führen, die durch Vibrio parahaemolyticus verursacht werden.
„Wir haben den ersten visuellen Beweis dafür geliefert, wie ein bakterieller Krankheitserreger diese Montagemethode verwendet, um eine Spritze zu bauen, um eine tödliche Injektion an Darmzellen zu verabreichen“, sagte Kim Orth, Ph.D., Professor für Molekularbiologie und Biochemie, ein Howard Ermittler am Hughes Medical Institute und WW Caruth, Jr. Scholar in Biomedical Research an der UTSW. „Diese Arbeit bietet eine neue Sicht darauf, wie Darmbakterien, wenn sie Gallensäuren ausgesetzt sind, effizient reagieren und ein Virulenzsystem aufbauen.“
V. parahaemolyticus, der häufig in warmen Küstengewässern vorkommt, ist eine der Hauptursachen für Lebensmittelvergiftungen im Zusammenhang mit Meeresfrüchten. Infizierte Menschen haben oft Durchfall, Krämpfe, Erbrechen, Fieber und Schüttelfrost.
Die Forscher wussten, dass V. parahaemolyticus Moleküle mithilfe einer Struktur namens Typ-III-Sekretionssystem 2 (T3SS2) in menschliche Zellen injiziert. Diese Spritzen, die aus 19 verschiedenen Proteinen bestehen, werden jedoch erst hergestellt oder zusammengesetzt, wenn sich die Bakterien im Darm befinden. Wissenschaftler waren sich nicht sicher, wie genau dies geschieht.
Die neuesten Erkenntnisse bauen auf der Arbeit einer früheren Studie des Orth-Labors auf. Dr. Orth und ihre Kollegen markierten Komponenten des V. parahaemolyticus T3SS2 mit fluoreszierenden Markern und verwendeten hochauflösende Mikroskopie, um ihre Standorte zu verfolgen, während die Bakterien unter verschiedenen Bedingungen gezüchtet wurden. Die Forscher entdeckten, dass, wenn V. parahaemolyticus Gallensäuren – Verdauungsmolekülen im Darm – ausgesetzt wird, die Bakterien DNA mit den T3SS2-Genen in die Nähe ihrer Membran bewegen.
Dann transkribiert V. parahaemolyticus genau an der Stelle, an der das T3SS2 benötigt wird, diese DNA in RNA, übersetzt die RNA in Protein und baut die Komponenten des T3SS2 durch die Membran in einem Prozess zusammen, der als Transertion bekannt ist. „Es ist, als würde man den Zusammenbau einer Fabrik beobachten, die innerhalb einer Stunde eine große molekulare Maschine herstellt“, sagte Dr. Orth.
Früher wurde angenommen, dass diese Schritte an unterschiedlicheren Stellen um eine Zelle herum stattfinden, aber das Zusammenführen der Maschinerie an einer Stelle auf der Membran des Bakteriums hilft V. parahaemolyticus wahrscheinlich dabei, T3SS2 schneller und effizienter aufzubauen und Zellen zu infizieren. Da andere krankheitsverursachende Darmbakterien ähnliche molekulare Komponenten wie V. parahaemolyticus enthalten, könnte das Phänomen der Übertragung weit verbreitet sein, vermuten die Forscher.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass andere gastrointestinale Krankheitserreger diesen Mechanismus möglicherweise auch nutzen, um den effizienten Aufbau komplexer molekularer Maschinen als Reaktion auf Umwelteinflüsse zu vermitteln“, sagte UTSW-Forschungsspezialist Karan Kaval, Ph.D., Erstautor der Arbeit.
Weitere Arbeiten sind erforderlich, um zu wissen, welche Bakterien die Übertragung zum Aufbau ihrer T3SS-Strukturen verwenden und ob Medikamente entwickelt werden könnten, die die Übertragung blockieren, um Infektionen mit V. parahaemolyticus zu behandeln.
Die UTSW-Forscherin Jananee Jaishankar trug ebenfalls zu dieser Studie bei.
Mehr Informationen:
Karan Gautam Kaval et al., Membranlokalisierte Expression, Produktion und Assemblierung von Vibrio parahaemolyticus T3SS2 liefert Beweise für die Übertragung, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36762-z