Wissenschaftler des Schepens Eye Research Institute, einer Tochtergesellschaft von Mass. Eye and Ear und Tochtergesellschaft der Harvard Medical School, haben zum ersten Mal herausgefunden, dass ein bakterieller Krankheitserreger Schutzmoleküle, sogenannte Mucine, buchstäblich niedermähen kann Schleimhäute eindringen und einen Teil des Körpers infizieren. Ihre bahnbrechende Studie, die am 7. März 2012 in PLoS ONE veröffentlicht wurde, beschreibt, wie sie herausfanden, dass ein „epidemischer“Stamm des Bakteriums Streptococcus pneumoniae, das Bindehautentzündungen verursacht, ein Enzym absondert, um Muzine zu schädigen und die Schleimhaut zu infizieren und zu entzünden Auge.
"Wir sind begeistert von diesem Ergebnis", sagt Ilene Gipson, Ph. D., die leitende Forscherin der Studie und leitende Wissenschaftlerin am Schepens. "Unsere Entdeckung könnte letztendlich zu neuen Wegen der Diagnose, Behandlung und Vorbeugung von bakteriellen Infektionen führen, die nicht nur im Auge, sondern auch in anderen Teilen des Körpers entstehen."
Mehr als 80 Prozent der Infektionen werden über die Schleimhäute des Körpers übertragen, das sind die feuchten Epitheloberflächen des Auges und der Urogenital-, Atmungs- und Magen-Darm-Trakt des Körpers. Die äußere Oberfläche aller Schleimhäute wird durch zwei Arten von Muzinmolekülen geschützt – eines, das abgesondert wird und in ständiger Bewegung ist, um eingeschlossenes Fremdmaterial von der Membranoberfläche wegzufegen, und das andere, das in der Membranoberfläche verwurzelt bleibt. Die letztgenannte Art von Muzinmolekülen stellt einen physikalischen Schutzschild dar, der potenziell schädliche Substanzen daran hindert, die Membran zu durchdringen.
Diese Membranen treffen oft auf zwei Arten von bakteriellen Krankheitserregern. Einige sind "opportunistisch". Sie sitzen auf der Membranoberfläche und dringen nur dann in das Gewebe ein, wenn ein Trauma oder eine Verletzung vorliegt, die eine Lücke in der Schleimhautschicht hinterlassen. Ein Beispiel für ein opportunistisches Bakterium ist Staphylococcus aureus, das häufig die Ursache von Infektionen im Zusammenhang mit Operationen ist.
Der andere Pathogentyp ist nicht opportunistisch oder "epidemisch" und verursacht invasivere und aggressivere Infektionen, wie sie bei epidemischer Konjunktivitis auftreten, die durch den in dieser Studie verwendeten Streptococcus pneumoniae-Stamm verursacht wird. Diese krankheitsverursachenden Bakterien dringen auch dann in den Körper ein, wenn keine offensichtliche Verletzung der Schutzschicht vorliegt. Und sie können sich schnell ausbreitende und ansteckende Krankheiten verursachen.
Bis zur aktuellen PLoS ONE-Studie war wenig darüber bekannt, wie Bakterien, die epidemische Infektionen verursachen, die Mucinbarriere überwinden können. Als Experten für Muzinstudien und entschlossen, ein Teil dieses Puzzles zu finden, stellten die Schepens-Wissenschaftler die Hypothese auf, dass "epidemische" Bakterien die Muzine irgendwie selbst entfernen müssen.
Um ihre Hypothese zu testen, züchtete das Team "epidemische" Bindehautentzündungsbakterien (ein Stamm von Streptococcus pneumoniae) in einer Kultur. Dieses Bakterium verursacht eine Entzündung der Bindehaut, der Schleimhaut, die das Augenweiß und die Innenseite der Augenlider bedeckt. Anschließend trugen sie die Flüssigkeit, in der die Bakterien kultiviert wurden, auf Zelllinien auf, die die Augenoberfläche nachahmten, einschließlich des Vorhandenseins intakter Muzine, und stellten fest, dass die membranverankerten Muzine abgeschnitten und von der Oberfläche der Zellen freigesetzt wurden. Durch die Entfernung der Muzine konnten die Bakterien in die Zellen eindringen.
Mit Hilfe von Massenspektrometrie konnten die Forscher dann das Enzym ZmpC als Übeltäter identifizieren. Sie bestätigten ihre Ergebnisse, indem sie das Gen in den Bakterien aussch alteten, das dieses Enzym produzierte, und zeigten, dass das Bakterium die Schleimstoffe nicht mehr aus der Membran entfernen konnte.
Laut Dr. Gipson „ist diese Entdeckung ein wichtiger Durchbruch in diesem lange ungelösten Rätsel darüber, wie „epidemische“Bakterien in den Körper eindringen, und hat uns ein neues Ziel für Medikamente gegeben, die sogar vorbeugend eingesetzt werden könnten.“
Der nächste Schritt in der Forschung wird laut Dr. Gipson darin bestehen, festzustellen, ob die Methode der enzymatischen Entfernung der Oberflächenschleimstoffe, um Zugang zu erh alten, von anderen krankheitsverursachenden Bakterien verwendet wird.
Weitere Wissenschaftler, die die Studie verfasst haben, sind: Bharathi Govindarajan, Balaraj B. Menon, Sandra Spurr-Michaud, Komal Rastogi, Michael S. Gilmore und Pablo Argüeso.
