Bisher war nicht klar, wie Vibrio cholerae , das Bakterium, das Cholera verursacht, es schafft, in die Abwehrkräfte des Darms einzudringen, ihn zu besiedeln und die Infektion auszulösen, die in schweren Fällen durch akuten Durchfall und Dehydrierung gekennzeichnet ist und fast 150.000 Todesfälle verursacht jährlich. Doch eine Gruppe von Forschern der Leloir Institute Foundation (FIL) entdeckte die Art und Weise, wie ein Protein im Mikroorganismus seine Produktion von Toxinen reguliert, sodass dieser unbemerkt bleibt und diese nur dann ausstößt, wenn er sich in einem sichereren Bereich für sein Überleben befindet. Eine Erkenntnis, die zu Therapien führen könnte, die darauf abzielen, diesen Mechanismus auszunutzen und so die Krankheit zu vermeiden.
„Bei jeder Infektion kommt es zu einem Kampf zwischen den Bakterien, die versuchen, uns zu besiedeln, und unserem Körper, der dagegen ankämpft. Es gibt viele Abwehrmechanismen des menschlichen Körpers und die Strategien von Krankheitserregern, sie zu überwinden. In den letzten Jahren hat sich jedoch eine besonders relevant herausgestellt, bei der es um die sogenannten reaktiven Schwefelspezies (RSS) geht: Hierbei handelt es sich um einige Schwefelverbindungen, die zwar lebenswichtig sind „Für jeden Organismus sind sie in hohen Konzentrationen giftig“, sagt der Biologe Giuliano Antelo , einer der Autoren des im Journal of Biological Chemistry (JBC) veröffentlichten Artikels und Doktorand im FIL-Labor für physikalische Chemie von Infektionskrankheiten, das vom Arzt geleitet wird in Chemischen Wissenschaften Daiana Capdevila.
Im Frühstadium der Infektion, wenn der Erreger gerade erst in den Verdauungstrakt gelangt ist, kommt es zu einer Entzündungsreaktion; Insbesondere die Bakterien im Darm beginnen selbst, einen Überschuss dieser Schwefelverbindungen freizusetzen. „Das wäre für den Mikroorganismus tödlich, wenn er keine Möglichkeiten hätte, damit umzugehen“, betonte Antelo. Und er fügte hinzu: „In dieser Arbeit haben wir herausgefunden, dass das HlyU-Protein von Vibrio cholerae spezifisch RSS erkennt und so unserer Meinung nach die Synthese von Toxinen verhindert, bis die Bakterien den Bereich mit einem hohen Vorkommen dieser Arten verlassen und sich in der Wand festsetzen. wo „Es hat mehr Sauerstoff und Überlebenschancen.“
Cristian Pis Diez , Doktor der organischen Chemie, Postdoktorand und Erstautor des Artikels, lieferte weitere Details zum komplizierten biochemischen Prozess: „Die Reaktion von HlyU gegen RSS wird unter anderem durch das Medium bestimmt, in dem es vorkommt.“ . die Bakterien: Wenn es reich an Schwefelspezies ist, wie es im Lumen des Dünndarms der Fall ist, wird die Produktion des Toxins abgeschwächt, sodass es überleben und die Infektion fortschreiten kann. „Sobald der Erreger jedoch die Oberfläche des Darms erreicht, führt der geringere Schwefelgehalt zu einer stärkeren Produktion des Toxins.“
Diese Fähigkeit, die Aktivierung des Proteins zu regulieren, verschafft ihm einen Anpassungsvorteil, da es verhindert, dass ein Toxin zum falschen Zeitpunkt der Besiedlung exprimiert wird, wenn es die natürlichen Abwehrkräfte des Körpers wecken würde, fügte Pis Diez hinzu.
In den letzten fünf Jahren stellte die FIL-Laborgruppe für physikalische Chemie von Infektionskrankheiten fest, dass Bakterien über Sensoren für Schwefelverbindungen verfügen, dieselben, die dem Ei seinen faulen Geruch verleihen. „Heute wissen wir, dass diese Verbindungen in verschiedenen biologischen Prozessen sehr wichtig sind. In dieser neuen Arbeit zeigen wir, wie sie die Fähigkeit von Vibrio cholerae beeinflussen, seine Toxine zu regulieren, bis es sich dauerhaft in dem Teil des Darms festsetzt, in dem es nicht so bedroht ist“, beschrieb Capdevila.
Eine vermeidbare Krankheit
Cholera wird durch den Verzehr von mit Bakterien kontaminiertem Wasser oder Nahrungsmitteln übertragen. Die Inkubationszeit ist kurz (zwischen 12 Stunden und fünf Tagen) und während die meisten Menschen asymptomatisch sind oder leichte oder mittelschwere Symptome haben, können etwa 20 % akuten Durchfall mit schwerer Dehydrierung entwickeln und lebensgefährlich sein. Obwohl Cholera leicht mit einer Rehydrationslösung behandelt werden kann, bleibt sie aufgrund ihrer Auswirkungen auf Bevölkerungsgruppen, die keinen Zugang zu angemessener Gesundheitsversorgung haben, eine globale Bedrohung.
Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) steht die Welt seit Mitte 2021 vor „einem starken Aufschwung der siebten Cholera-Pandemie, der durch die Anzahl, das Ausmaß und das Zusammentreffen mehrerer Ausbrüche sowie die Ausbreitung auf Gebiete gekennzeichnet ist, in denen sie frei waren.“ Wir waren jahrzehntelang an Cholera erkrankt und hatten alarmierend hohe Sterblichkeitsraten.“
„In der Studie haben wir uns auf Vibrio cholerae konzentriert , da es die Ursache einer weit verbreiteten und oft tödlichen Krankheit beim Menschen ist, aber es ist nicht der einzige Organismus, der diesen Mechanismus zum Nachweis von Schwefelverbindungen nutzt. Tatsächlich basierte diese Arbeit auf früheren Untersuchungen unseres Labors zu anderen ähnlichen Proteinen. Insbesondere über das eines nicht pathogenen Bakteriums namens Rhodobacter capsulatus“, sagte Antelo, Autor einer weiteren Arbeit, die kürzlich in PNAS Nexus in Zusammenarbeit japanischer und amerikanischer Forscher veröffentlicht wurde. Und er fügte hinzu: „Ich denke, es ist ein gutes Beispiel dafür, warum sich die Wissenschaft nicht nur mit Themen befassen sollte, deren Bedeutung offensichtlich ist.“ Oftmals sind Systeme, die für die menschliche Gesundheit nicht so bekannt oder relevant sind, Auslöser für ein besseres Verständnis der Systeme, die es sind.“
In einer Zeit, in der Antibiotika als traditionelle Behandlungsmethode gegen Bakterien nicht mehr wirken, betonen Wissenschaftler die Notwendigkeit, Alternativen zu erforschen, die kurz- oder mittelfristig entwickelt werden können, um sie zu ersetzen oder im besten Fall zu ergänzen.
„Das Verständnis der Mechanismen, durch die ein Bakterium in verschiedene Teile unseres Körpers, in diesem Fall den Darm, eindringt, eröffnet uns ein umfassenderes Bild darüber, welche Strategie wir anwenden müssen, um ihm entgegenzuwirken“, sagte Pis Diez. Und er kam zu dem Schluss: „Wir können zum Beispiel Medikamente entwickeln oder neu positionieren, die die Regulierungsmechanismen der Toxinproduktion hemmen, die diese Kolonisierung ermöglichen.“ Dadurch würden die Bakterien in unserem Körper wehrloser, so dass sie wirksamer mit einem Antibiotikum behandelt oder sogar von unserem Immunsystem besiegt werden könnten.“
