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Shiga-Toxin: Mangan stoppt gefährliches Bakterienprotein

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Bakterien wie Shigellen oder Ehec, die das Shiga-Toxin (STx) produzieren, töten jedes Jahr etwa eine Million Menschen. Gegen das Toxin gibt es bislang kein Gegenmittel. Jetzt allerdings fand ein Team um Volker Müller von der Frankfurter Goethe-Universität einen überraschend einfachen Weg, um zu verhindern, dass das Gift in die Zellen gelangt – mit dem Metall Mangan. Zweiwertige Manganionen eliminieren ein Protein, das dem Toxin beim Eindringen in das Zellplasma hilft, und führen dazu, dass die Zelle STx abbaut, bevor es Schaden anrichtet.

Eine Schlüsselrolle spielt dabei das Membranprotein GPP130. Es pendelt, eingebunden in die Wand von Membranvesikeln, zwischen Golgi-Apparat und den Endosomen, mit denen das Shiga-Toxin in die Zelle gelangt. GPP130 rettet das Shiga-Toxin aus den Endosomen, in denen es normalerweise abgebaut werden würde, und transportiert es zum Golgi-Apparat. Von da aus gelangt das Gift ins Zellplasma und blockiert dort die Ribosomen, die für die Zelle Proteine herstellen.

Wissenschaftlern war bereits bekannt, dass geringe Konzentrationen zweiwertigen Mangans dazu führen, dass GPP130 abgebaut wird. Deswegen vermuteten die Forscher, dass die Manganionen über diesen Weg auch Transport und Wirkung des Shiga-Toxins blockieren. Um den Effekt des Mangans nachzuweisen, verwendeten die Forscher lediglich den für den Membrantransport zuständigen B-Teil des Shiga-Toxins und versahen es mit einer fluoreszierenden Markierung, mit der sie seinen Weg durch die Zelle verfolgen konnten.

Tatsächlich gelangte der markierte B-Teil des STx in den manganbehandelten Zellen nicht über die Endosomen hinaus und wurde dort abgebaut, während er in unbehandelten Zellen auch im Golgi-Apparat und im Cytosol auftauchte, wo das native STx Schaden anrichtet. In Zellen mit verändertem, gegen Mangan unempfindlichem GPP130 beeinträchtigten die Metallionen den Transport des Shiga-Toxins nicht.

Die Forscher wiesen den Effekt bei Mangankonzentrationen bis 500 Mikromol pro Liter nach, die für die Zellen im Versuch unschädlich waren. Mäuse überlebten nach einer Behandlung mit Mangan eine normalerweise tödliche Dosis des Shiga-Toxins ohne Schäden. Da Mangan für medizinische Anwendungen bereits gut untersucht ist, rechnen die Wissenschaftler damit, dass die Therapie bald auch am Menschen erprobt wird. Wegen der vergleichsweise geringen Kosten eignet sich die Methode auch für Entwicklungsländer, in denen heute die meisten Menschen an STx-produzierenden Bakterien sterben.

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