Wie Zellen Bakterien austricksen

Shigella flexneri dringt in eine Zelle ein.
Shigella flexneri dringt in eine Zelle ein.

Bakteriell infizierte Zellen haben eine Strategie, mit der sie ihre Nachbarzellen über die Infektion informieren können. Im Kollektiv lösen die alarmierten Zellen darauf eine Abwehrreaktion gegen den Eindringling aus. Diesen Mechanismus hat ein Forscherteam jetzt entdeckt.

Die Forschergruppe des Biozentrums Basel konnte am Beispiel des Bakteriums Shigella flexneri die Bedeutung der Zell-Zell-Kommunikation bei der Bekämpfung von bakteriellen Infektionen nachweisen. Diese Stäbchenbakterien befallen beim Menschen die Zellen der Darmschleimhaut und lösen eine schwere Durchfallerkrankung – eine sogenannte Shigellose – aus, welche bis hin zum Tod führen kann. Der Erreger lähmt beim Befall einer Zelle deren Signalfunktionen, so dass keine Immunabwehr ausgelöst werden kann. Dadurch bleibt eine Entzündung, eine zentrale Reaktion des Immunsystems gegen Infektionen, aus. Mithilfe von Fluoreszenzmikroskopie konnten die Forschenden zeigen, dass die Abwehrreaktion der infizierten Zelle zwar unterdrückt wird, die Nachbarzellen jedoch eine Immunabwehr auslösen.

Die Zelle ist kein Einzelkämpfer
Die Strategie der Zellen, die immunhemmende Wirkung von Bakterien durch Zell-Zell-Kommunikation zu umgehen, war bislang unbekannt. Die Forschenden konnten zeigen, dass die Nachbarzellen bereits während der ersten 30 Minuten nach der Infektion Signale von der infizierten Zelle erhalten. Die gesunden Zellen lösen darauf eine Immunantwort aus, indem sie das Protein IL-8, ein wichtiger Botenstoff des Immunsystems, herstellen und sekretieren. Die Wissenschaftler/innen beobachteten, dass bis zu 25 Zellen im Umfeld einer einzelnen infizierten Zelle eine Immunantwort auslösen. Der neu entdeckte Mechanismus stellt daher für den Organismus auch eine Möglichkeit dar, die Immunreaktion während einer Infektion zu potenzieren.

Informationsfluss via gap junctions
Ausgelöst wird die „kollektive Immunantwort“ durch einen Informationsaustausch unter den Zellen. Die Zell-Zell-Kommunikation erfolgt dabei über kleine Kanäle, sogenannte gap junctions, welche sich in der Zellmembran befinden und benachbarte Zellen miteinander verbinden. Blockiert man diese Kanäle, unterbindet man den Informationsfluss und die Immunantwort bleibt aus. Funktionieren die Kommunikationswege hingegen, werden die Nachbarzellen über die Infektion informiert und können die lebenswichtige Immunabwehr auslösen. Die Resultate der Basler Forschungsgruppe weisen darauf hin, dass diese Art der Zell-Zell-Kommunikation in der Bekämpfung von Krankheitserregern eine wesentliche Rolle spielt. Dieses Wissen eröffnet neue Möglichkeiten in der infektionsbiologischen Forschung. Ein besseres Verständnis für Strategien des menschlichen Körpers zur Bekämpfung von Krankheiten ist auch für die Suche nach neuen Medikamenten unverzichtbar. Offen ist zurzeit, welchen Botenstoff infizierte Zellen einsetzen, um ihre Nachbarzellen zu alarmieren. Diese Fragestellung steht daher im Zentrum der weiteren Forschungsarbeit.