Das Bakterium Clostridium difficile verändert Darmzelloberflächen

Ein bekannter Krankenhauskeim ist das sporenbildende, grampositive, anaerobe Bakterium Clostridium difficile. Normalerweise ist dieser Darmbewohner harmlos, jedoch kann durch ungezielte oder zu häufige Antibiotikaeinnahme seine Vermehrung aus dem Gleichgewicht geraten.  Clostridien nehmen den Platz von Bakterien ein, die durch die Antibiotika abgetötet wurden und vermehren sich ungehemmt. Die „überschießende“ Vermehrung dieser Bakterien führt zu starken Durchfällen. Mitunter bilden Patienten die an einer Infektion mit diesem Sporenbildner leiden eine antibiotikaassoziierte Kolitis, auch pseudomembranöse Kolitis genannt, aus. Diese kann unter Umständen tödlich enden. Der Keim bildet ein Gift  (Clostridium difficile Toxin-CDT), welches sich bei ungehemmtem Wachstum im menschlichen Körper anreichert und Darmzellen angreift. Diese verlieren die Zell-Zell-Kontakte zu ihren Nachbarzellen und die Darmschleimhaut kann so ihre Barrierefunktion nicht mehr erfüllen. Ein Forscherteam um Prof. Dr. Dr. Klaus Aktories und Dr. Carsten Schwan vom Pharmakologischen Institut der Albert-Ludwigs-Universität Leipzig ist es nun gelungen nachzuweisen, dass das von Clostridien gebildete Gift im Zusammenspiel mit einigen zellulären Proteinen wie Aktin, Tubulin und Septin die Zelloberfläche der Darmzellen in dem Maße verändert, dass sich filamentartige Strukturen an deren Oberfläche bilden, die ein Netzwerk schaffen und darüber den Kontakt des Bakteriums mit der Wirtszelle fördern. Die Proteine Aktin und Tubulin sind Teile des Zytoskeletts, welches Zellen u.a. ihre Form gibt und so für einen engen Kontakt zwischen benachbarten Zellen sorgt. Wird der Aktin-Tubulin-Stoffwechsel gestört, können Darmzellen  den Kontakt zu ihren Nachbarzellen verlieren, wodurch dann auch die Schrankenfunktion nicht mehr funktioniert. Die Arbeitsgruppe entdeckte, dass durch das CDT das Protein Septin an die Zelloberfläche wandert und dort die Ausbildung von filamentartigen Strukturen aus Mikrotubuli fördert. Darüber hinaus stört das Gift die Aktinkettenbildung, sodass das Zytoskelett seine Funktion einbüßt. Septin fungiert bei diesem Prozess als eine Art Wegweiser, welcher der Zelle anzeigt, wo sie Ausläufer bilden soll, die dann den Kontakt zwischen Bakterien und Zellen verstärken und dafür sorgen, dass sich weitere Bakterien ansiedeln können. Letztendlich führt die Wirkung des Toxins als Nebeneffekt zur Ausbildung einer Antibiotika-assoziierten Diarrhoe und einer pseudomembranösen Kollitis indem es das Zytoskellett schwächt. Gerade für immungeschwächte oder multimorbide Patienten können die Durchfälle lebensbedrohlich werden. Die Erkenntnisse aus diesen Forschungsergebnissen führen laut  Prof. Aktories zu einem besseren Verständnis davon, wie Darmentzündungen entstehen und sich entwickeln. Außerdem können mit den gewonnenen Erkenntnissen grundlegende physiologische Prozesse besser untersucht werden, indem das Toxin als Werkzeug eingesetzt wird. Beispielsweise ist das Protein Septin auch an der Bildung von Nervenausläufern beteiligt, deren Entstehung dann auch besser verstanden werden kann.