Mini-Lungen enthüllen die Infektionsstrategie von Pseudomonas aeruginosa

Ein Team der Universität Basel hat mithilfe von menschlichen Mini-Lungen die Strategie des gefährlichen Krankheitserregers Pseudomonas aeruginosa entschlüsselt. Die Forschungsarbeit gibt einen vertieften Einblick in die Mechanismen, mit denen der Erreger die Lungenbarriere überwindet und schwere Infektionen verursacht.

Bedrohung durch Pseudomonas aeruginosa

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat kürzlich eine Liste mit zwölf der weltweit gefährlichsten Krankheitserreger veröffentlicht, die gegen viele Antibiotika resistent sind. Dazu gehört auch das Bakterium Pseudomonas aeruginosa, das lebensbedrohliche Lungenentzündungen verursacht. Besonders gefährdet sind Menschen mit geschwächtem Immunsystem sowie Patientinnen und Patienten, die künstlich beatmet werden. Bei ihnen verläuft die Infektion oft tödlich, die Sterblichkeitsrate liegt bei bis zu 50 %.

Barrierefunktion der Lunge

Unsere Lunge ist mit einer dünnen, dicht gepackten Zellschicht ausgekleidet, die das darunter liegende Gewebe schützt. Diese Zellschicht ist zusätzlich mit Schleim überzogen, der Mikroorganismen abfängt und abtransportiert. Normalerweise ist diese Barriere für eindringende Keime nahezu unüberwindbar. Doch Pseudomonas aeruginosa hat eine Methode entwickelt, diese Schutzschicht zu durchdringen.

Mini-Lungen als Forschungswerkzeug

Forschende um Prof. Dr. Urs Jenal vom Biozentrum der Universität Basel haben aus menschlichen Stammzellen Mini-Lungen entwickelt, die den Infektionsverlauf realitätsnah nachbilden. Die Modelle zeigen, dass Pseudomonas aeruginosa die sogenannten Becherzellen, die für die Schleimproduktion verantwortlich sind, als Eintrittspforte nutzt. Diese Zellen machen nur einen kleinen Teil der Lungenschleimhaut aus, sind aber entscheidend für das Eindringen des Erregers.

Die Taktik des Eindringens

Pseudomonas aeruginosa nutzt ein Arsenal von Sekretionssystemen, um gezielt in Becherzellen einzudringen, sich dort zu vermehren und die Zellen schließlich zu zerstören. Durch das Platzen der Zellen entsteht eine Lücke im Zellverband, die der Erreger nutzt, um in tiefere Gewebeschichten vorzudringen. Dort sind sie für Abwehrzellen und Antibiotika nur schwer erreichbar.

Neuer Sensor beobachtet Bakterien

Ein wichtiger Fortschritt in der Erforschung von Infektionsmechanismen ist die Entwicklung eines Sensors, der ein Signalmolekül namens c-di-GMP in einzelnen Bakterien messen und verfolgen kann. Diese Methode, die in der Fachzeitschrift «Nature Communications» beschrieben wurde, ermöglicht es, die Regulation dieses Moleküls während der Infektion in Echtzeit zu beobachten. So lässt sich im Detail nachvollziehen, wie das Verhalten der Krankheitserreger gesteuert wird.

Organmodelle und ihre Bedeutung

Mit den Mini-Lungen können die Forschenden nun besser verstehen, wie sich Krankheitserreger im Gewebe verhalten und wie sie möglicherweise im Patienten wirken. Damit kommt das Forschungsnetzwerk NFS AntiResist seinem Ziel, Strategien gegen antibiotikaresistente Keime zu finden, einen großen Schritt näher. Die Lungenmodelle sind auch wertvoll, um die Wirkung von Antibiotika zu untersuchen und herauszufinden, wo Bakterien während der Behandlung überleben.

Fragen und Antworten

Wie funktionieren Mini-Lungen?
Mini-Lungen sind aus menschlichen Stammzellen gezüchtete Gewebemodelle, die die Struktur und Funktion des menschlichen Lungengewebes nachahmen. An diesen Modellen können Wissenschaftler die Wechselwirkungen zwischen Krankheitserregern und Lungenzellen unter nahezu realen Bedingungen beobachten.

Warum ist Pseudomonas aeruginosa so gefährlich?
Pseudomonas aeruginosa ist besonders gefährlich, weil er gegen viele Antibiotika resistent ist und lebensbedrohliche Infektionen verursachen kann. Er befällt vor allem immungeschwächte Menschen und kann bei künstlich beatmeten Patienten eine hohe Sterblichkeitsrate verursachen.

Was sind Becherzellen und warum sind sie so wichtig?
Becherzellen sind spezialisierte Zellen in der Lungenschleimhaut, die Schleim produzieren, um Fremdkörper zu binden und aus den Atemwegen zu entfernen. Pseudomonas aeruginosa nutzt diese Zellen als Eintrittspforten, um in tiefere Gewebeschichten vorzudringen.

Wie helfen die neuen Sensoren der Forschung?
Die neuen Sensoren messen und verfolgen das Signalmolekül c-di-GMP in einzelnen Bakterien. So können die Forscher die dynamischen Veränderungen des Moleküls während einer Infektion in Echtzeit beobachten und verstehen, wie es die Virulenz der Erreger steuert.

Welche zukünftigen Anwendungen gibt es für Mini-Lungen?
Mini-Lungen können in der Forschung eingesetzt werden, um die Wirkung von Antibiotika und anderen therapeutischen Ansätzen zu testen. Sie bieten ein realistisches Modell, um zu verstehen, wie Krankheitserreger im menschlichen Gewebe agieren und wie neue Behandlungsstrategien entwickelt werden können.

Fazit

Die Forschung an der Universität Basel mit den Mini-Lungen hat entscheidende neue Einblicke in die Infektionsmechanismen von Pseudomonas aeruginosa geliefert. Diese Erkenntnisse stellen einen wichtigen Fortschritt im Kampf gegen antibiotikaresistente Erreger dar. Die Entwicklung neuer Sensoren und der Einsatz von Organmodellen werden in Zukunft eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung wirksamer Therapien spielen.

Quelle: Deutsches Gesundheitsportal

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