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Wissenschaftler entwickeln neuen Ansatz zur Erforschung von Infektionen

Forscherinnen und Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben Teile von Salmonellen, so genannte Effektoren, in Tabakpflanzen übertragen. Damit wollen sie untersuchen, wie sich Krankheiten und Infektionen im Körper von Menschen und Tieren ausbreiten. Was zunächst merkwürdig klingen mag, hat einen Hintergrund: Pflanzen verfügen über ein Immunsystem, das in einigen Bereichen dem Immunsystem von Mensch und Tier erstaunlich ähnlich ist. Aus der Reaktion des pflanzlichen Immunsystems auf die Effektoren der Salmonellen hoffen die Forscher Rückschlüsse auf ihre Wirkungsweise ziehen zu können. Die Ergebnisse der Untersuchung haben sie jetzt in dem renommierten Journal New Phytologist veröffentlicht (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1469-8137.2012.04124.x/abstract).

Salmonellen oder EHEC sind zwei Beispiele für Bakterien, die schwere Erkrankungen bei Menschen und Tieren auslösen können. Die Bakterien nutzen dazu ein ganz spezielles Verfahren: Mit einer Art molekularer Spritze injizieren sie schädliche Proteine, die Effektoren, die dann zum Beispiel die Abwehrkräfte des Körpers unterdrücken. In der Folge kann sich die Infektion im Körper ungehindert ausbreiten. Diese Effektoren haben Forscher aus Biochemie und medizinischer Mikrobiologie der FAU unter die Lupe genommen.

„Salopp formuliert könnte man sagen, dass wir in einigen Bereichen dem Gänseblümchen gar nicht unähnlich sind, zum Beispiel was den Transport von Molekülen innerhalb der Zellen betrifft“, sagt Dr. Frederik Börnke vom Lehrstuhl für Biochemie der FAU. Die Wissenschaft geht davon aus, dass im Zuge der Evolution einige zelluläre Prozesse „konserviert“ wurden und deswegen bei Mensch, Tier und Pflanzen identisch ablaufen. Ein Team von Wissenschaftlern um Dr. Börnke hat nun untersucht, ob, und wenn ja, inwieweit sich tierische und pflanzliche Zellen auch ähneln, wenn sie auf einen Angriff pathogener – also krankmachender – Bakterien reagieren. Die Initiative für das Projekt geht auf den Studenten Suayib Üstün zurück, der im Rahmen seiner Masterarbeit an dem Thema forschte und inzwischen am Lehrstuhl für Biochemie promoviert.

Das Forschungsprojekt

„Im Fokus unserer Forschungen standen so genannte Typ III Effektorproteine von einem bei Tieren weit verbreiteten Salmonellenstamm“, erläutert Dr. Frederik Börnke. „Die Salmonellen setzen diese Proteine ein, um sich in den von ihnen befallenen Zellen vermehren zu können. In der Folge erkranken die Tiere.“ Da der Salmonellenstamm Pflanzen von Natur aus gar nicht befallen kann, dürfte deren Immunsystem auf die Salmonellen eigentlich nicht reagieren. Doch als die Forscher der FAU deren Effektorproteine in Tabakpflanzen transferierten, trat überraschenderweise das Gegenteil ein: Das so genannte SseF-Protein löste bei den Tabakpflanzen eine als hypersensitiver Zelltod bezeichnete Immunreaktion aus. In einer Art zellulärem Selbstmord starben die Zellen ab, die den Salmonellen-Effektor enthielten. In der Natur kann die Pflanze damit verhindern, dass sich eine Infektion weiter im Gewebe ausbreiten kann. Die Forscher ziehen aus der Immunreaktion der Pflanze den Rückschluss, dass das Protein SseF eine zelluläre Funktion angreift, die im Laufe der Evolution zwischen Tieren und Pflanzen konserviert wurde und in beiden Organismen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Krankheitserregern spielen könnte.

Das Ergebnis ihrer Untersuchung können die Wissenschaftler auf verschiedene Weise nutzen. Zum einen eröffnet es die Möglichkeit für zukünftige Experimente an Pflanzen zur Erforschung der Wirkungsweise pathogener Bakterien, die Menschen und Tiere befallen. Gegenüber der Untersuchung in Zellkulturen oder Tiermodellen hätte das große Vorteile: Die Pflanzen sind leichter und kostengünstiger zu kultivieren und sie lassen sich gut molekularbiologisch bearbeiten.

„Außerdem eröffnet unsere Entdeckung zumindest die theoretische Möglichkeit, Pflanzen mit einer Resistenz gegenüber diesen Bakterien zu erzeugen.“ Weil die Menschen mehr und mehr Rohkost konsumieren, die mit Salmonellen oder anderen für den Menschen schädlichen Bakterien infiziert sein könnte, kommt es immer wieder zu epidemischen Krankheitsausbrüchen – EHEC war das jüngste Beispiel. „Obwohl Salmonellen für die Pflanzen selbst nicht unbedingt pathogen sind, gibt es doch Hinweise, dass sich die Bakterien auch in pflanzlichem Gewebe vermehren könnten. Hätte die Pflanze nun die Möglichkeit die Bakterien frühzeitig zu erkennen, könnte deren Vermehrung eventuell eingedämmt und somit das Gesundheitsrisiko für den Menschen verringert werden“, spekuliert Dr. Börnke.

Der Sonderforschungsbereich 796

Die Untersuchung war ein Teilprojekt, das im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 796 „Steuerungsmechanismen mikrobieller Effektoren in Wirtszellen“ durchgeführt wurde. Der SFB wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit neun Millionen Euro gefördert und ist am Lehrstuhl für Biochemie der Friedrich-Alexander-Universität angesiedelt, Sprecher ist Prof. Dr. Uwe Sonnewald. Im Rahmen des Forschungsprojekts wollen die beteiligten Wissenschaftler ermitteln, wie Krankheiten durch Viren und Bakterien entstehen.

Weitere Informationen für die Medien:

uni | mediendienst | forschung Nr. 12/2012 vom 4.4.2012