In der Infektiologie ist man sich einig, dass es gut ist, die bakteriellen Kommunikationssignale zu stören. Eine Studie der Universität Genf und der NTU Singapur hat jedoch gezeigt, dass dies nicht immer der Fall ist.
Ist es immer von Vorteil, das Kommunikationssystem der Bakterien zu blockieren? Ein Team der Universität Genf und der Nanyang Technological University (NTU Singapur) stellt diese in der Infektiologie weit verbreitete Ansicht in Frage. Anhand der Untersuchung eines Bakteriums, das für eine schwere Herzinfektion verantwortlich ist, zeigen die Wissenschaftler, dass die Störung der bakteriellen Kommunikationssignale mit ungünstigen klinischen Ergebnissen für die Patienten verbunden sein kann. Die in Nature Communications veröffentlichten Ergebnisse ebnen den Weg für gezieltere und potenziell wirksamere therapeutische Strategien gegen diese Art von Infektionen.
Die infektiöse Endokarditis ist eine schwere Infektion der Innenwand des Herzens, am häufigsten der Herzklappen. Sie kann durch verschiedene Bakterien ausgelöst werden, von denen Enterococcus faecalis besonders weit verbreitet ist. Diese Bakterien koordinieren ihr kollektives Verhalten häufig durch einen Prozess namens Quorum Sensing, ein chemisches Kommunikationssystem, mit dem sie die Anzahl der in der Nähe befindlichen Bakterien abschätzen können. Mithilfe dieses Systems organisieren sie sich in dichten Ansammlungen, den sogenannten Biofilmen, die die Funktion der Herzklappen beeinträchtigen und gegen Antibiotika resistent sind. Die infektiöse Endokarditis ist daher mit einer hohen Morbidität verbunden.
Ein Team des SCELSE - Singapore Centre for Environmental Life Sciences and Engineering der NTU, einem multidisziplinären Forschungszentrum für Biofilme und Mikrobiom, und der Medizinischen Fakultät der Universität Genf stellt nun die - in der Infektiologie weit verbreitete - Vorstellung in Frage, dass eine Blockierung dieses Kommunikationssystems immer von Vorteil wäre. Während Quorum-Sensing-Inhibitoren aktiv als Anti-Viren-Therapien untersucht werden, zeigt diese Studie, dass die Unterdrückung der bakteriellen Signalgebung bei Herzinfektionen sich im Gegenteil als kontraproduktiv erweisen kann, indem sie eine aggressivere Krankheit fördert.
Die Wissenschaftler stellten nämlich fest, dassEnterococcus faecalis, wenn er die Fähigkeit verliert, mit benachbarten Bakterien zu kommunizieren, grössere und widerstandsfähigere Biofilme auf den Herzklappen bildet, was zu schwerwiegenderen klinischen Ausgängen führt.
Diese Ergebnisse stellen eine beliebte Vorstellung in der Forschung zu Infektionskrankheiten in Frage, wonach die Blockierung des Quorum sensing immer von Vorteil wäre.
Der Blutfluss bringt die bakterielle Kommunikation zum Schweigen
Durch die Kombination von Geräten, die den Blutfluss nachahmen, und einem Tiermodell der Herzinfektion fand das Team heraus, dass der Blutfluss in den frühen Stadien der Infektion aktiv das Quorum sensing unterdrückt. an der Oberfläche der Herzklappen sind die Bakterien einem starken Blutfluss ausgesetzt", erklärt Dr. Haris Antypas, Senior Research Fellow am SCELSE, Hauptautor und korrespondierender Co-Autor der Studie. ’Dieser Fluss eliminiert die chemischen Signale, die die Bakterien zur Kommunikation nutzen, und hält so das Quorum Sensing auf Sparflamme.’
mit fortschreitender Infektion graben sich die Bakterien tiefer in die Klappenvegetationen ein, wo sie vor dem Blutfluss geschützt sind. In diesem Stadium beobachteten die Wissenschaftler, dass das Quorum Sensing aktiviert wird und als Bremse fungiert, die ein übermässiges Wachstum der Biofilme begrenzt. Auffälligerweise umgehen Bakterien, denen dasQuorum sensing völlig fehlt, diesen Kontrollmechanismus. In Tiermodellen bildeten diese defizitären Stämme grössere Biofilme, zeigten eine erhöhte Toleranz gegenüber Antibiotika und verursachten schwerere Krankheiten.
Das Team führte diesen Effekt auf zwei Schlüsselmechanismen zurück: eine geringere Produktion bakterieller Proteasen - Enzyme, die Proteine abbauen - und eine metabolische Umprogrammierung, die es den Bakterien ermöglicht, die im Wirt verfügbaren Nährstoffe effizienter zu nutzen und so ein anhaltendes Wachstum zu fördern.
Ungünstigere Ausgänge bei Betroffenen
In der Studie wurden auch E.faecalis-Bakterien analysiert, die bei Patienten mit infektiöser Endokarditis in den USA und der Schweiz isoliert worden waren. Fast der Hälfte der klinischen Isolate fehlte das Quorum sensing. Diese Fälle waren mit einer längeren Präsenz der Bakterien im Blutkreislauf trotz aktiver Antibiotikabehandlung verbunden. ’Es handelt sich nicht um seltene Mutanten’, betont Dr. Antypas. ’Sie kommen bei Patientinnen und Patienten häufig vor, und die Daten legen nahe, dass sie aktiv zu ungünstigeren klinischen Ausgängen beitragen können.’
Die Ergebnisse stellen somit eine beliebte Vorstellung in der Forschung zu Infektionskrankheiten in Frage, wonach die Blockierung des Quorum Sensing immer von Vorteil ist. die Ergebnisse zeigen, dass die Hemmung des Quorum Sensing bei der infektiösen Endokarditis dem Wirt tatsächlich schaden kann, indem sie das Wachstum von Biofilmen fördert’’.erklärt Kimberly Kline, ordentliche Professorin an der Abteilung für Mikrobiologie und Molekularmedizin der Medizinischen Fakultät der Universität Genf und Gastwissenschaftlerin am SCELSE (NTU), Seniorautorin und korrespondierende Koautorin der Studie. ’Zu verstehen, wann und wo die bakterielle Kommunikation für den oder die Patienten vorteilhaft oder schädlich ist, wird entscheidend sein, um intelligentere Therapien zu entwerfen.’
