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Aufgerüstete Cholera-Bakterien


Was die Erreger von Cholera so gefährlich macht ist ihr Toxin. Das zweiteilige Protein löst im Dünndarm die charakteristischen lebensgefährlichen Symptome der Seuche aus: die Abgabe großer Flüssigkeitsmengen in den Nahrungsbrei, die mit heftigen Brechdurchfällen verlorengehen; Nieren- und Kreislaufversagen sind die Folge (Spektrum der Wissenschaft, Juli 1991, Seite 98). Bakterienstämme ohne dieses Toxin sind vergleichsweise harmlos.

Die beiden Gene für die Bestandteile des Cholera-Toxins – ctxA und B – liegen als Paket mit mehreren anderen auf einem Abschnitt im Bakterienchromosom, der wie ein zusammengesetztes mobiles genetisches Element gebaut ist. Den Beleg, daß dieses CTX-Element tatsächlich von einem pathogenen auf einen gutartigen Stamm überwechseln kann, haben nun Matthew Waldor und John Mekalanos von der Harvard-Universität in Cambridge (Massachusetts) geliefert. Mehr noch: Bei dem Element handelt es sich in Wirklichkeit um das integrierte Erbgut eines neuen fädigen Bakterienvirus ("Science", Band 272, Seiten 1910 bis 1914, 28. Juni 1996).

Im Experiment weckten DNA-schädigende Stoffe solch ein Vor-Virus, Prophage genannt, aus seinem Dornröschenschlaf im Bakteriengenom: Im Kulturmedium erschienen zahlreiche lange, fädige Gebilde, ähnlich bekannten filamentösen Bakterienviren. In einer Proteinhülle enthielten sie einzelsträngige DNA (während das integrierte virale Erbgut doppelsträngig ist). Voraussetzung für die Vermehrung der viralen DNA und die Produktion viraler Proteine waren freie, etwas kürzere CTX-Elemente, die sich aus dem Bakterienchromosom herausgelöst und zu einem Ring geschlossen hatten. Bakterienstämme, die keine Viren hervorbrachten, ließen sich mit künstlich eingeschleusten Ringen dieser Art zu Phagen-Produzenten machen.

Um die Übertragbarkeit von Stamm zu Stamm nachzuweisen, ersetzten die Wissenschaftler in den CTX-Elementen die beiden Toxin-Gene durch eines, das Resistenz gegen ein bestimmtes Antibiotikum verleiht. Wenn die so modifizierten Bakterien gemeinsam mit solchen eines anderen Stamms kultiviert wurden, waren diese anschließend teilweise ebenfalls antibiotika-resistent – was bewies, daß sie sich gewissermaßen angesteckt hatten.

Als natürlich infizierbar erwiesen sich dabei allerdings nur Stämme mit speziellen, als Pili bezeichneten fädigen Zellanhängen, die von den Bakterien vermutlich ihrerseits zum Anheften an das Dünndarmgewebe des befallenen Organismus gebraucht werden. Interessanterweise standen diese Pili unter der Kontrolle eines bakteriellen Regulator-Gens, das bei Aktivierung zugleich die Produktion des Cholera-Toxins anwirft.

Zumindest zwei Faktoren – ein eigener und ein viraler – bestimmen also die Gefährlichkeit eines Cholera-Bakteriums. Der eigene erlaubt die Besiedlung des Gewebes, während der virale zugleich die Verbreitung des Bakteriums fördert; denn er sorgt für die heftigen Durchfälle, und mit Fäkalien verunreinigtes Trinkwasser bildet die wichtigste Ansteckungsquelle für den Menschen.

Bei den Experimenten zeigte sich überdies, daß Empfänger-Stämme des Biotyps El Tor (der unter anderem die Cholera-Epidemien der letzten Jahre in Südamerika verursacht hat) wesentlich schlechter von modifizierten CTX-Phagen infiziert werden als solche des sogenannten klassischen Biotyps. Für die Entwicklung von Impfstoffen aus abgeschwächten lebenden Bakterien bedeutet dies, daß entschärfte El-Tor-Varianten möglicherweise geeignetere Kandidaten sind, weil die Gefahr, daß sie von krankmachenden Stämmen per Virus die Toxin-Gene wiedererlangen, vermutlich geringer ist.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 9 / 1996, Seite 23
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
9 / 1996

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 9 / 1996

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