AUSTIN, Texas - Seit 50 Jahren wissen Wissenschaftler nicht, wie die Bakterien, die die Cholera beim Menschen auslösen, einer unserer grundlegenden angeborenen Immunantworten widerstehen können. Dieses Rätsel wurde jetzt dank der Forschung von Biologen der University of Texas in Austin gelöst.
Bildnachweis: Ronald Taylor, Tom Kirn, Louisa Howard
Die Antworten könnten helfen, den Weg für eine neue Klasse von Antibiotika freizumachen, die pathogene Bakterien wie V. cholerae nicht direkt abschalten, sondern ihre Abwehrkräfte deaktivieren, damit unser eigenes Immunsystem die Tötung übernehmen kann.
Jedes Jahr befällt Cholera Millionen von Menschen und tötet Hunderttausende, vor allem in Entwicklungsländern. Die Infektion verursacht starken Durchfall und Erbrechen. Der Tod kommt von starker Dehydration.
"Wenn Sie den Mechanismus, das bakterielle Ziel, verstehen, können Sie mit größerer Wahrscheinlichkeit ein wirksames Antibiotikum entwickeln", sagt Stephen Trent, Associate Professor für Molekulargenetik und Mikrobiologie und leitender Forscher der Studie.
Die Verteidigung des Bakteriums, die diesen Monat in den Proceedings of the National Academy of Sciences entlarvt wurde, besteht darin, ein oder zwei kleine Aminosäuren an die großen Moleküle anzuheften, die als Endotoxine bekannt sind und ungefähr 75 Prozent der äußeren Oberfläche des Bakteriums bedecken.
"Es ist, als würde es seine Rüstung härten, damit unsere Abwehrkräfte nicht durchkommen", sagt Trent.
Laut Trent ändern diese winzigen Aminosäuren einfach die elektrische Ladung an der äußeren Oberfläche der Bakterien. Es geht von negativ zu neutral.
Dies ist wichtig, da die Moleküle, auf die wir uns verlassen, um solche Bakterien abzuwehren, die als kationische antimikrobielle Peptide (CAMPs) bezeichnet werden, positiv geladen sind. Sie können sich an die negativ geladene Oberfläche von Bakterien binden und setzen sich dabei in die Bakterienmembran ein und bilden eine Pore. Wasser fließt dann durch die Pore in das Bakterium und öffnet es von innen, wodurch die schädlichen Bakterien abgetötet werden.
Es ist eine wirksame Abwehr, weshalb diese CAMPs allgegenwärtig sind (und einer der Hauptbestandteile von rezeptfreien antibakteriellen Salben wie Neosporin).
Wenn die positiv geladenen CAMPs jedoch auf die neutralen V. cholerae-Bakterien treffen, können sie nicht binden. Sie springen weg und wir sind verwundbar.
V. Cholerae können dann in unseren Darm eindringen und ihn in eine Art Fabrik für die Produktion von mehr Cholera verwandeln, wodurch wir nicht in der Lage sind, uns an Flüssigkeiten zu halten oder ausreichend Nährstoffe aus dem zu extrahieren, was wir essen und trinken.
"Es übernimmt so ziemlich Ihre normale Flora", sagt Trent.
Laut Trent wissen Wissenschaftler seit einiger Zeit, dass der Stamm von V. cholerae, der für die aktuelle Pandemie in Haiti und anderswo verantwortlich ist, gegen diese CAMPs resistent ist. Es ist dieser Widerstand, der wahrscheinlich teilweise dafür verantwortlich ist, warum der aktuelle Stamm den Stamm verdrängt hat, der für frühere Pandemien verantwortlich war.
"Es ist um Größenordnungen widerstandsfähiger", sagt Trent.
Jetzt, da Trent und seine Kollegen den Mechanismus hinter dieser Resistenz verstehen, hoffen sie, dieses Wissen zu nutzen, um Antibiotika zu entwickeln, die die Abwehr beeinträchtigen können, indem sie möglicherweise verhindern, dass die Cholerabakterien ihre Rüstung verhärten. In diesem Fall könnten unsere CAMPs den Rest der Arbeit erledigen.
Trent sagt, die Vorteile eines solchen Antibiotikums wären beträchtlich. Es könnte nicht nur gegen Cholera wirksam sein, sondern auch gegen eine Reihe gefährlicher Bakterien, die ähnliche Abwehrkräfte einsetzen. Und weil es die Bakterien entwaffnet, aber nicht vollständig abtötet, wie es herkömmliche Antibiotika tun, kann es länger dauern, bis die Bakterien mutieren und Resistenzen entwickeln.
"Wenn wir direkt auf diese Aminosäuren zugreifen können, die sie zum Schutz gegen uns verwenden, und dann unserem eigenen angeborenen Immunsystem erlauben, den Käfer abzutöten, könnte der Selektionsdruck geringer sein", sagt er.
Trents Labor sucht jetzt nach Verbindungen, die genau das tun würden.
Neuauflage mit Genehmigung der University of Texas.