Wie Bakterien Spritzen bauen

Foto: Bakterium

Der Erreger der Bakterienruhr (orange)
nimmt Kontakt mit einer menschlichen
Wirtszelle (blau) auf;
© Brinkmann/Schad/Kolbe

Ziel ist es, den Mechanismus einer Infektion zu verstehen, um so Wirkstoffe herstellen zu können, die frühzeitig in den Verlauf einer Infektion eingreifen können.

Für eine erfolgreiche Infektion müssen Bakterien das Immunsystem ihres Wirts gezielt austricksen. Dazu produzieren sie sogenannte Virulenzfaktoren und leiten diese über ein Transportsystem in der Bakterienmembran nach außen. Bei einigen Bakterien ist dieses Transportsystem wie eine Spritze gestaltet. Die Virulenzfaktoren können auf diese Weise direkt in die Wirtszelle injiziert werden.

Jeden Tag ist der menschliche Organismus dem Angriff von Krankheitserregern ausgesetzt. Die meisten werden durch unser Immunsystem abgewehrt. Um eine erfolgreiche Infektion durchzuführen, müssen Bakterien daher die Zellen ihres Wirts manipulieren, sodass ihr eigenes Überleben gewährleistet ist. Deshalb schleusen Bakterien über ein Transportsystem gezielt Virulenzfaktoren in die Wirtszelle ein. Einige Bakterien, wie die Erreger von Bakterienruhr, haben dabei ein besonderes Transportsystem entwickelt (Typ-III-Sekretionssystem). Unter dem Elektronenmikroskop sieht dieses Sekretionssystem wie eine Spritze aus: der Spritzenkörper ist in die Bakterienmembran eingebettet ist und die Nadel weist nach außen. Die Bakterien können mithilfe dieser Nano-Spritzen die Virulenzfaktoren direkt in die Wirtszelle injizieren.

Wie die Bakterien diese Nano-Spritze aufbauen, war bisher weitestgehend unbekannt. Die Forscher konnten nun grundlegende Mechanismen des Zusammenbaus der Spritze entschlüsseln. Dies war möglich, weil es gelang, den Spritzenapparat im Reagenzglas nachzubauen. Die Untersuchung dieser Vorgänge zeigte, wie die Proteine zu einer Hohlnadel zusammengebaut werden: Das Bakterium synthetisiert die Proteine in seinem Zellinneren, schleust sie durch die Spritze nach außen und setzt sie eines nach dem anderen auf die Spitze der wachsenden Nadel.

Diese Erkenntnis eröffnet einen Ansatzpunkt für die Entwicklung von sogenannten Antiinfektiva. Sie könnten bereits den Aufbau der Spritze und das Einschleusen von Virulenzfaktoren in die Wirtszelle verhindern. Dies wäre ein wesentlicher Vorteil gegenüber Antibiotika, die erst durch die Membran in das Zellinnere der Bakterien müssen, um ihre Wirkung zu entfalten.

MEDICA.de; Quelle: Max-Planck-Gesellschaft