Salmonellen: Keime nutzen Faser-Schleichweg

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Elektronenmikroskopische Aufnahme von Salmonellen: die Braunschweiger Infektionsforscher haben nun beobachtet, wie die Erreger huckepack auf Faserproteinen in die Zelle gleiten. Quelle: Manfred Rohde, HZI

03.05.2011  - 

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig haben einen neuen Infektionsmechanismus entdeckt, den sich Salmonellen beim Eindringen in Darmzellen zunutze machen: Sie lassen sich über spezielle Fasern der Wirtszellen sozusagen durch Muskelkraft in diese hineinziehen. Dabei kommt das Molekülpaar Actin und Myosin zum Einsatz. Die Bakterien besitzen demnach komplexere Strategien zur Infektion als bisher vermutet. Die Forscher berichten im Fachjournal Cell Host & Microbe (2011, Bd. 9, S. 273).

Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation WHO steigt nicht nur die Zahl der Salmonelleninfektionen ständig – seit einigen Jahren nimmt auch der Schweregrad der Infektionen zu. Einer der Gründe dafür könnte in den ausgeklügelten Infektionsstrategien der Krankheitserreger stecken. Diese erstaunliche Vielfalt in der Wahl der Infektionsmechanismen ist möglicherweise die Ursache dafür, dass Salmonellen gleich eine Vielzahl unterschiedlicher menschlicher Zelltypen und neben dem Menschen sogar eine Reihe weiterer Wirte befallen können.

„Salmonellen infizieren ihre Wirtszellen wohl nicht nur nach Schema F“, erklärt Theresia Stradal, die vor kurzem vom Braunschweiger Helmholtz-Zentrum an die Universität Münster berufen wurde. „Aber bisher kannte man nur einen einzigen Infektionsmechanismus – und auch den nicht in allen Details“, ergänzt Klemens Rottner von der Universität Bonn, der ebenfalls zuvor am Helmholtz-Zentrum tätig war.

Die Erreger zielen auf das Aktin-Skelett des Wirtes

Der bisher bekannte Infektionsweg der Salmonellen zielt auf das Aktin-Zellskelett der Wirtszelle. Aktin bildet feine, sehr dynamische Faserstrukturen, die der Zelle Halt geben und sie gleichzeitig beweglich machen. Diese Fasern beziehungsweise Filamente werden ständig auf- und abgebaut. Das wichtigste Kernelement zum Aufbau der Aktinfasern ist der sogenannte Arp2/3-Komplex. Alle Zellausläufer und Aufwerfungen der Zellmembran sind von Aktinfasern erfüllt. Im bisher bekannten Infektionsweg nutzen Salmonellen den Arp2/3-Komplex, um in die Wirtszelle einzudringen: Sie aktivieren ihn und sorgen somit dafür, dass die Zelle Membranausstülpungen bildet, sogenannte „Ruffles“. Die Bakterien lassen sich von diesen „Ruffles“ umschließen und ins Zellinnere aufnehmen.

Im vergangenen Jahr konnten die Arbeitsgruppen um Theresia Stradal und Klemens Rottner zeigen, dass die Salmonellen auch ohne „Ruffles“ in das Zellinnere gelangen können. Damit haben sie ein lange gültiges Dogma in der Salmonellenforschung umgestoßen.

Trittbrettfahren auf zellulären Stressfasern

In der neuen Studie haben die Forscher nun die molekularen Geschehnisse des alternativen Infektionsweg genau aufgeklärt: Offenbar manipulieren die Salmonellen zwar auch das Aktin-Zellskelett der Wirtszelle - diesmal aber nicht durch Neubildung von Filamenten, sondern durch ihre Wechselwirkung mit dem Motorprotein Myosin II. Das Wechselspiel zwischen Aktin und Myosin ist aus Muskelzellen gut bekannt. In einem Muskel, der sich aktiv zusammenzieht, verhaken sich Myosin- und Aktin-Bündel miteinander, gleiten aneinander vorbei und verkürzen so den Muskel: er kontrahiert. In Epithelzellen des Darms ist das ähnlich, wie die Braunschweiger Forscher herausgefunden haben. Aktin und Myosin bilden hier sogenannte Stressfasern, die den kontraktilen Fasern in Muskelzellen ähneln. Diese Stressfasern sind mit der Membranoberfläche verknüpft und ziehen während einer Infektion vermutlich einfach die Bakterien nach innen, die Mikroben sind quasi Trittbrettfahrer. Auch auf diese Weise hat die Salmonelle ihr Ziel erreicht – das Zellinnere.