Bakterien profitieren von Protein-Ausschleusung aus der Zelle

Staphylokokken sind besonders dann gefährliche Krankheitserreger, wenn sie mehr Proteine aus der Zelle ausschleusen. Diesen Zusammenhang hat ein Forscherteam um Friedrich Götz von der Universität Tübingen jetzt entdeckt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Infection and Immunity“ (Ausgabe April 2016).

In den Zellen des Körpers werden Proteine entsprechend ihrem Einsatzort markiert. So signalisieren bestimmte Anhänge, dass die Proteine in die Zellmembran eingebaut werden, andere, dass sie zur Erschließung von Nährstoffen aus der Zelle ausgeschleust werden sollen. Dabei bekommen die Proteine, die als Enzyme den Stoffwechsel der Zelle aufrechterhalten und normalerweise im Inneren der Zelle bleiben, keine Markierung. Forscher haben jedoch beobachtet, dass solche Enzyme immer wieder auch nach außen abgegeben werden – und zwar sowohl bei Zellen von Säugetieren als auch bei Bakterien.

Ein Forscherteam um Friedrich Götz vom Interfakultären Institut für Mikrobiologie und Infektionsmedizin der Universität Tübingen beschäftigt sich im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 766 „Die bakterielle Zellhülle“ mit diesem Phänomen. Die Wissenschaftler wollen herausfinden, durch welche Mechanismen und zu welchem Zweck die Enzyme die Zelle verlassen. Dabei untersuchen sie das Bakterium Staphylococcus aureus, den Erreger für eine Reihe von entzündlichen Erkrankungen.

Dass Proteine, die ihre Aufgaben eigentlich im Zellplasma haben, nach außen geschleust werden, wirkt auf den ersten Blick wie Vergeudung. „Wir wissen jedoch, dass biologische Systeme in ihrer Rationalität und bei der Energieausbeute jeden Verbrennungsmotor übertreffen“, sagt Götz. Daher glaubte der Forscher nicht, dass es sich dabei um einen Fehler im System handelt.

Wenn Staphylokokken Proteine ausschleusen, werden sie gefährlicher

Bei ihren Untersuchungen entdeckten Götz und sein Team einen unerwarteten Zusammenhang: Staphylokokkenstämme, die mehr Zellplasma-Enzyme ausscheiden, sind als Krankheitserreger gefährlicher. Die Wissenschaftler untersuchten die möglichen Funktionen der ausgeschiedenen Enzyme genauer und entdeckten dabei, dass solche Staphylokokken „erfolgreicher“ sind: Sie können das Gewebe ihres Wirts leichter infizieren und wirken in Experimenten mit Insekten und Mäusen häufiger tödlich.

„Die beiden ausgeschiedenen Zellplasma-Enzyme, die wir näher untersucht haben, konnten sich an die Oberfläche menschlicher Zellen und bestimmte Gewebestrukturen anheften“, sagt Götz. Die Anheftung von Krankheitserregern ist oft der erste Schritt bei einer Infektion, mit dem sich die Erreger Zugang zu den Wirtszellen verschaffen. Weiterhin wirken die Zellplasma-Enzyme giftig auf Zellen des Immunsystems und die Zellen äußerer Gewebeschichten. Warum das so ist, sei noch völlig ungeklärt, betonen Götz und sein Team.

Die neuen Ergebnisse seien ein Hinweis darauf, warum manche Staphylokokkenstämme auch beim Menschen gefährlicher sind als andere. Im nächsten Schritt wollen die Tübinger Forscher herausfinden, auf welchen Wegen die Zellplasma-Enzyme die Zelle verlassen und wie dies reguliert wird.

Quelle:

• Ebner, P. et al. (2016): Excreted cytoplasmic proteins contribute to pathogenicity in Staphylococcus aureus. Infection and Immunity, DOI 10.1128/IAI.00138-16.