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Infektionskrankheiten: Wie Bakterien die Schleimhaut überlisten

Exfoliation
Für die meisten Bakterien sind die Schleimhäute eine undurchdringliche Barriere, und selbst wenn es einem Krankheitserreger gelingt, in ihre Zellen einzudringen, hat diese Schutzhülle noch ein As im Ärmel: Sie stößt ihre oberste Zellschicht ab, ein Vorgang, den man als Exfoliation bezeichnet. Bakterien, die in eine Zelle eingedrungen sind, können sich so nicht weiter ausbreiten und finden sich quasi dort wieder, wo sie gestartet sind.

Exfoliation | Bei einem Angriff durch pathogene Bakterien kann die Schleimhaut ihre oberste Zellschicht abstoßen.
Einige Bakterien jedoch können diese Reaktion verhindern und die infizierte Zelle deshalb als Brückenkopf für ihre Infektion verwenden. So zum Beispiel Neisseria gonorrhoeae, das die Schleimhäute des Urogenitaltrakts befällt und beim Menschen die Geschlechtskrankheit Gonorrhoe verursacht. Mit welchem Trick dieser unerfreuliche Untermieter verhindert, dass er gleich wieder hinausgeworfen wird, haben jetzt deutsche Forscher um Christof Hauck von der Universität Konstanz entschlüsselt.

Angriffspunkt der Bakterien ist das außen an den Schleimhautzellen sitzende Molekül CEACAM (carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule): Die Interaktion zwischen Bakterium und CEACAM löst eine Signalkaskade aus, an deren Ende spezielle Moleküle an der Zelloberfläche feste Bindungen zu anderen Zellen aufbauen und so die Exfoliation verhindern.

Das demonstrierten die Forscher anhand transgener Mäuse, deren Schleimhautzellen den menschlichen Rezeptor CEACAM5 bildeten. Während Wildtyp-Mäuse für den Erreger nicht empfänglich sind, befielen die Gonokokken die veränderten Mäuse ganz wie Menschen. Die Bakterien interagieren mit CEACAM über ein eigenes Oberflächenprotein namens OpaCEA, einem Integrin, das auch bei Kontakten zwischen einzelnen Bakterien eine Rolle spielt. Bakterienstämme, die kein OpaCEA bilden, können die transgenen Mäuse genauso wenig infizieren wie den Wildtyp – sie werden mit den abgestoßenen Schleimhautzellen hinausbefördert.

Stößt CEACAM auf das bakterielle OpaCEA, sendet es ein Signal, das die Zelle dazu bringt, das Oberflächenmolekül CD105 herzustellen. CD105 wiederum beeinflusst die Aktivität des Proteins Zyxin, das mit den Integrinen an der Oberfläche der Zelle Zusammenschlüsse bildet und sie daran hindert, fest an andere Zellen zu binden. Dieser Schritt ist, wie die Forscher herausfanden, das entscheidende Element der Reaktionskette, mit der die Bakterien Exfoliation verhindern: Das CD105 lenkt sein Zielprotein quasi von seiner eigentlichen Aufgabe ab, indem es das Zyxin selbst fest bindet. Die befreiten Integrine wiederum halten die Zelle fest an der Schleimhaut und sorgen so dafür, dass die Bakterien die Zelle als Einfallstor für ihre Infektion nutzen können. Sobald nämlich die Forscher die Zellen dazu brachten, zusätzliches Zyxin zu produzieren, setzte die Exfoliation der Schleimhaut auch in Anwesenheit von CEACAM und OpaCEA wieder ein.

Die Ergebnisse sprechen dafür, dass OpaCEA einer der entscheidenden Virulenzfaktoren in Neisseria ist. Versuche an Freiwilligen zeigen, dass selbst solche Gonokokkenstämme, die das Molekül nicht tragen, sofort auf die Opa-Produktion umsteigen, wenn sie mit menschlichen Schleimhautzellen in Kontakt kommen. Auch andere Schleimhaut besiedelnde Bakterien wie Haemophilus influenzae oder Neisseria menginitidis nutzen diesen CEACAM-abhängigen Mechanismus, um ihr Wirtsgewebe zu besiedeln, so dass diese Signalkette als Angriffspunkt bei der Bekämpfung einer breiten Palette von Schleimhautinfektionen in Frage kommt. (lf)

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  • Quellen
Hauck, C. et al.: Human-Restricted Bacterial Pathogens Block Shedding of Epithelial Cells by Stimulating Integrin Activation. In: Science 329, S. 1197–1201, 2010.

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