Forscher beobachten Bakterieninfektion in Fruchtfliegenlarven in Echtzeit
Britische Forscher stellten in einem neuen Ansatz den schrittweisen Ablauf von Bakterieninfektionen in Genmutanten lebender Fruchtfliegen dar. Die Ergebnisse ihrer Echtzeitbeobachtungen zur Wirkung bakterieller Toxine in Drosophila-Larven veröffentlichten sie im Journal PLoS (Public Library of Science) Pathogens. Die Wissenschaft setzt seit vielen Jahren Fruchtfliegen als genetische Modelle zur Erforschung mikrobieller Infektionen ein. Obwohl die Modelle viel zur Klärung der einzelnen Infektionsschritte beitrugen, sind diesem Vorgehen doch enge Grenzen gesetzt, da nur Tod (oder Überlebensrate) des Tieres messbare Ergebnisse darstellen und Veränderungen während der Infektion nur in festgelegten Zeitintervallen an toten Fliegen in Petrischalen analysiert werden können. Dies macht es schwierig, die Abläufe der verschiedenen Infektionsstadien zu beobachten oder kritische frühe Phasen der Infektion zu bestimmen, heißt es in der Studie. "Das Verhalten von Zellen verändert sich oft gravierend, sobald sie aus ihrer natürlichen Umgebung herausgenommen und isoliert in Kultur gezüchtet werden", sagte Dr. Will Wood von der University of Bath, Vereinigtes Königreich. "Im Körper sind Immunzellen wie z.B. Hämozyten (bzw. Makrophagen [weiße Blutzellen] bei Vertebraten) einem Signalfeuer aus allen Richtungen ausgesetzt. Die Zellen nehmen diese Signale auf und verarbeiten sie entsprechend", fügte er hinzu. Werden sie aus ihrer natürlichen Umgebung entfernt und in einer Kulturschale vermehrt, gehen diese Signalwirkungen verloren. Deshalb ist es ganz wichtig, die Prozesse am lebenden Organismus zu untersuchen, um die Interaktion zwischen Bakterie und Wirt zu verstehen." Die Arbeitsgruppe impfte Fruchtfliegenlarven mit fluoreszenzmarkierten Bakterien und untersuchte mittels Zeitraffer-Konfokalmikroskopie die ersten Interaktionen zwischen den Phagozyten (Fresszellen bzw. weißen Blutzellen) des Wirtsinsekts und den eindringenden Bakterien. Als "Invasoren" dienten modifizierte Escherichia Coli-Bakterien (E. coli), die das bakterielle Toxin "Makes Caterpillars Floppy, Mcf" exprimierten, und das aufgereinigte Toxin selbst. Außerdem markierten sie einzelne bakterielle Proteine, verfolgten deren Weg über den Verlauf der Infektion und waren überrascht von den Ergebnissen. "Im Gegensatz zur landläufigen Meinung wurden die [in die embryonischen Haematozyten der Drosophila] eindringenden E. coli-Bakterien von den Fresszellen erkannt und eliminiert", so die Autoren der Studie. "Es handelt sich dabei um einen dynamischen Prozess, bei dem die Bakterien von den Fresszellen erkannt werden und an sie binden. Dieses dramatische Geschehen kann mittels Zeitraffer-Konfokalmikroskopie außerordentlich beeindruckend dargestellt werden. Wird der Wirt hingegen vom Insektenpathogen Photorhabdus infiziert, erstarren die Hämozyten und können den Eindringling nicht auffressen." "Diesen mikroskopischen Kampf zwischen einzelnen Bakterienzellen und Immunzellen in Echtzeit im lebenden Tier zu filmen, ist wirklich erstaunlich", erklärt Dr. Nick Waterfield von der University of Bath. "Damit haben wir nun endlich die Möglichkeit, die Dynamik des Infektionsprozesses nachzuvollziehen." Richard ffrench-Constant, Professor für Molekulargeschichte an der University of Exeter, fügte hinzu: "Erstmals sind wir in der Lage, Infektionen in Echtzeit in lebenden Tieren darzustellen - das ist ein Riesenfortschritt!" "Um diese Ergebnisse zur Verbesserung der Gesundheit von Mensch und Tier nutzen zu können, müssen die In-vitro-Studien nun an lebenden Organismen wiederholt werden", heißt es abschließend in der Studie. "Der hier präsentierte Versuch liefert ein perfektes Modell, um diese Lücke baldmöglichst zu schließen und zum besseren Verständnis der Wirt-Pathogen-Beziehung innerhalb eines komplexen vielzelligen Organismus beizutragen." Die Forscher hoffen darauf, ihr System bald für Studien an menschlichen Pathogenen wie Listerien und Trypanosomen anwenden zu können. Die filmische Dokumentation dieser Interaktion zwischen Bakterien und Immunsystem wird wichtige neue Erkenntnisse zu den Ursachen von Infektionen und damit auch zur Entwicklung verbesserter antibakterieller Therapien beitragen.
Länder
Vereinigtes Königreich