Wie aus harmlosen Bakterien gefährliche Krankheitserreger werden können, haben Forscher am Beispiel des Lebensmittel-Keims Listeria monocytogenes untersucht. Der Mechanismus: Unter bestimmten Bedingungen schaltet ein Steuerungs-Molekül – ein Protein namens PrfA – all jene Gene an, die das Bakterium aggressiv machen. Listeria monocytogenes dringt dann in die Zellen der menschlichen Darmschleimhaut ein und vermehrt sich dort. Wissenschaftler der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung (GBF) in Braunschweig haben jetzt erstmals die dreidimensionale Struktur des Proteins PrfA aufgeklärt. Aus ihren Untersuchungen folgern sie: Auch PrfA selbst kann biochemisch an- und abgeschaltet werden – Listeria wird also „auf Knopfdruck“ bösartig.
Zellen von Listeria monocytogenes auf der Oberfläche einer Zelle. Gelb markierte Bakterien haben sich angeheftet, rot markierte dringen gerade ein.
Das Bakterium, das mit verdorbenen Lebensmitteln in den menschlichen Körper gelangt, kann dort Darmerkrankungen auslösen. Gefürchtet sind die schwer wiegenden Komplikationen, die eine solche Infektion in manchen Fällen verursacht: Bei Menschen mit einem geschwächten Immunsystem kann der Erreger weitere Organe befallen und sich im ganzen Körper ausbreiten. Die Patienten erleiden dann beispielsweise Hirnhautentzündungen oder – bei schwangeren Frauen – Fehlgeburten. Vielfach verlaufen solche schweren Folgeerkrankungen tödlich.
Die ersten Schritte der Erkrankung sind stets die Anheftung der Listerien an die Oberfläche der menschlichen Darmschleimhaut und ihr Eindringen in die Darmzellen. Für das Eindringen und das Überleben in den Wirtszellen muss Listeria monocytogenes spezielle Gene aktivieren. Dafür sorgt das Protein PrfA, der „Hauptschalter“ für die Aggressivität des Bakteriums. „Bei den meisten Listeria-Stämmen wird PrfA nur unter bestimmten Bedingungen aktiv – beispielsweise Bedingungen, wie sie im menschlichen Darm vorherrschen“, erklärt GBF-Bereichsleiter Professor Dirk Heinz.
Raffinierte Erreger: Wenn Listeria monocytogenes Zellen befällt, nutzt das Bakterium deren Proteine, um sich fortzubewegen. Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme mit Listerien (rot) und Wirtszell-Proteinen (grün).
Einige wenige haben allerdings ein leicht verändertes PrfA. Die Mutation bewirkt, dass diese Bakterien ständig „in Angriffsstimmung“ sind und Proteine produzieren, die ihnen das Eindringen in menschliche Zellen erleichtern. Proteine, die letztlich auch den Bakterien selbst schaden – deshalb setzen sich die daueraggressiven Listerien in der Natur nicht durch.
„Wir haben jetzt die Struktur des normalen PrfA und die der veränderten, ständig aktivierten Variante untersucht und beide miteinander verglichen“, sagt die GBF-Forscherin Marina Eiting. Daraus und aus dem Vergleich mit ähnlichen Proteinen bei anderen Bakterien schließen die Forscher: PrfA wird wahrscheinlich durch ein kleines Signal-Molekül, das man noch nicht kennt, in seine aktive Form umgewandelt – eine Form, die der daueraktiven Variante des PrfA sehr ähnlich ist.
„Vielleicht stammt das Signal-Molekül aus menschlichen Zellen“, sagt Heinz. Für den GBF-Forscher eine Frage, der nachzugehen sich lohnt: „Wenn wir den Anschalt-Mechanismus für die Aggressivität dieses Bakteriums verstehen, dann können wir es in Zukunft auch gezielt abschalten“, hofft er. Denkbar sei beispielsweise, die Bindungsstelle für das Signal-Molekül durch ein ähnliches, aber wirkungsloses Molekül zu blockieren. Heinz: „Diese Erkenntnisse kann man sicher auch auf andere, medizinisch noch bedeutendere Krankheitserreger anwenden.“
Weitere Informationen:
Ausführliche Informationen bietet der Originalartikel: Eiting, M., Hagelüken, G., Schubert, W.-D., Heinz, D.W.: The mutation G145S in PrfA, a key virulence regulator of Listeria monocytogenes, increases DNA-binding affinity by stabilizing the HTH-motif. Der Artikel ist jetzt als Vorab-Publikation in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Molecular Microbiology erschienen
(http://www.blackwell-synergy.com/links/doi/10.1111/j.1365-2958.2005.04561.x/full/)
