Die bakterielle Pathogenese enträtseln
Streptococcus pneumoniae ist ein stark verbreiteter menschlicher Krankheitserreger, der bei fast 60% der Bevölkerung ohne erkennbare Symptome vorkommen kann. Das Bakterium kann einen pathogenen Zustand erlangen, ins Blut gelangen und Meningitis und Pneumonie auslösen. Hierfür nutzt S. pneumoniae die Expression bestimmter Virulenzfaktoren wie Pneumolysin, einem gut charakterisierten Toxin. Das Ply-Gen kodiert Pneumolysin und enthält eine gut erhaltene Sequenz zwischen verschiedenen klinischen Isolaten. Bei hohen Konzentrationen verursacht Pneumolysin Löcher in der Zellmembran und zerstört infizierte Zellen, während es bei niedrigen Konzentrationen eine Entzündung auslöst. Paradoxerweise wird Pneumolysin im Bakterium produziert und kann die Wirtszelle nur nach der Lyse erreichen. Das bedeutet, wenn alle Bakterien lysieren, würde sich die Population nicht vermehren können, was auf die Existenz von Mechanismen für die kontrollierte Freisetzung von Pneumolysin schließen lässt. Aktuelle Hinweise deuten darauf hin, dass nur ein Teil einer Bakterienpopulation die Lyse als Art einer selbstzerstörerischen Kooperation durchläuft. Das EU-finanzierte Projekt "Regulation of pneumolysin in the human pathogen Streptococcus pneumoniae: A single cell approach" (PNEUMO-CELL) hat Analysewerkzeuge für die Untersuchung des Mechanismus dieser selbstzerstörerische Kooperation bei S. pneumoniae geschaffen. In diesem Zusammenhang entwickelten die Forscher fluoreszierende Proteine, Durchflusszytometrie-Assays und Zeitraffer-Mikroskopie-Protokolle zur Visualisierung von S. pneumoniae auf Einzelzellebene. Sie entdeckten, dass Pneumolysin von allen Zellen innerhalb einer Bakterienpopulation produziert wird. Mittels Zeitraffer-Mikroskopie konnte beobachtet werden, dass Pneumolysin an die Zellwand angebracht wird und dass die Produktion kurz vor der Lyse steigt. Daraus lässt sich schließen, dass das Phänomen der selbstzerstörerischen Zusammenarbeit zum Teil die Transkriptionsregulation des Ply-Gens involviert. Die Wissenschaftler lokalisierten nicht nur die Unterstützung des Fünf-Gen-Operons, einschließlich des Ply-Gens, sie identifizierten außerdem fünf Gene, die man einer Beteiligung an der Transkriptionsregulation des Ply-Gens verdächtig. Zusammengenommen liefern die Ergebnisse von PNEUMO-CELL wichtige Einblicke in die molekularen Mechanismen zur Regulation der Produktion des Toxins Pneumolysin. Das Verständnis des Mechanismus der mikrobiellen Pathogenese wird zweifellos zu Lösungen für eine wirksame Beseitigung des Erregers führen.
Schlüsselbegriffe
Streptococcus pneumoniae, Pneumolysin, PLY-Gen, selbstzerstörerische Kooperation