Wie E. coli die Kraft erhält, Harnwegsinfektionen zu verursachen

Aus anatomischen Gründen sind Frauen besonders anfällig für Harnwegsinfektionen, wobei fast die Hälfte davon irgendwann in ihrem Leben damit zu kämpfen hat.

Wissenschaftler versuchen seit Jahrzehnten herauszufinden, wie Bakterien bei ansonsten gesunden Menschen Fuß fassen. Dabei untersuchen sie alles: von der Art und Weise, wie sich die Mikroben in die Blase bewegen und dort haften, bis hin zur Art und Weise, wie sie ihre Giftstoffe einsetzen, um unangenehme und oft schmerzhafte Symptome hervorzurufen.

Forschung veröffentlicht In PNAS untersucht, wie das Bakterium Escherichia coli oder E. coli – verantwortlich für die meisten Harnwegsinfektionen – in der Lage ist, die Nährstoffe des Wirts zu nutzen, um sich während einer Infektion trotz der nahezu sterilen Umgebung von frischem Urin außerordentlich schnell zu vermehren.

Forscher im Labor von Harry Mobley, Ph.D., an der University of Michigan Medical School untersuchten zunächst Mutantenstämme, die sich in Mausmodellen nicht so gut replizieren konnten, um bakterielle Gene zu identifizieren, die für die Entstehung einer Infektion wichtig sein könnten.

Dabei identifizierten sie eine Gruppe von Genen, die Transportsysteme steuern, als entscheidend.

„Wenn Bakterien etwas zum Wachsen benötigen, beispielsweise eine Aminosäure, können sie diese auf zwei Arten erhalten“, erklärte Mobley, Frederick G. Novy Distinguishes Professor für Mikrobiologie und Immunologie.

„Sie können es selbst herstellen oder es ihrem Wirt stehlen, indem sie ein sogenanntes Transportsystem nutzen.“

Ihr vorheriges Genexpressionsscreening ergab, dass fast 25 % der bakteriellen Gene Replikationstaktiken gewidmet waren, einschließlich Transportsystemen für bestimmte Aminosäuren, die E. coli nutzt, um Tausende von Molekülen pro Sekunde einzuschleusen, sagte Mobley.

Der Erstautor Allyson Shea, Ph.D., ein ehemaliges Mitglied von Mobleys Labor und jetzt Assistenzprofessor für Mikrobiologie und Immunologie an der University of South Alabama, verglich eine Bibliothek von Transportproteinen aus E. coli mit anderen Arten von Harnwegsinfektionserregern Sehen Sie, welche für die Infektion wichtig waren. Sie entdeckte, dass ein Transportertyp namens ABC-Transporter (für ATP-bindende Kassette) kritisch zu sein schien.

Dann verwenden Organagar aus dem Harntrakt von Mäusen, bestätigte sie, dass ABC-Transporter für die Infektion essentiell seien. Viele Bakterienstämme, denen diese Nährstoffimportsysteme fehlten, konnten auf Blasen- und Nierenorganagar nicht wachsen.

„Es scheint, dass Bakterien in diese energieintensiven ATP-Transportsysteme investieren, um eine höhere Affinität zu den Energiequellen zu haben, an denen sie interessiert sind“, sagte Shea.

„Diese Systeme sind sehr, sehr gut darin, Nährstoffe in die Zelle zu transportieren.“

Mobley stellt fest, dass die Ergebnisse Möglichkeiten für die Entwicklung neuer Therapeutika eröffnen – was in Zeiten zunehmender Antibiotikaresistenzen besonders wichtig ist.

„Wenn man diese Transportsysteme hemmt, kann man vielleicht das schnelle Wachstum dieser Bakterien hemmen“, sagte er.

Dies werde nicht einfach sein, bemerkt Shea, da Bakterien mehrere Backup-Systeme für diese wichtige Klasse von Transportern entwickelt haben.

„Das Schöne an dieser ATP-bindenden Familie ist, dass sie alle über eine ATP-bindende Untereinheit verfügen, die dem Transportsystem die Energie gibt, die es benötigt, um Nährstoffe durch die Zellmembran zu transportieren.“

Diese Untereinheit könnte möglicherweise ein Ziel dafür sein, die gesamte Familie der Transporter außer Funktion zu setzen.

Dies würde zwar nicht unbedingt Antibiotika ersetzen, sagt sie, könnte aber das Wachstum verlangsamen, sodass Antibiotika und das Immunsystem des Wirts die Schädlinge besser stoppen könnten.

Weitere Autoren sind Valerie S. Forsyth, Jolie A. Stocki, Taylor J. Mitchell, Arwen E. Frick-Cheng, Sara N. Smith und Sicily L. Hardy.