HZI-Wissenschaftler entschlüsseln Überlebensstrategie des Verursachers von
Osteomylelitis
Knochenmarksentzündungen sind hartnäckige bakterielle Infektionen der
Knochen. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung
(HZI) in Braunschweig konnten nun zeigen, wie sich der Erreger
Staphylococcus aureus an das Leben im Knochen anpasst und wie er sich dort
vor dem menschlichen Immunsystem schützt. Ihre im Journal mBio
veröffentlichten Erkenntnisse liefern wichtige Ansätze für den Kampf gegen
die Infektionskrankheit.
Die Osteomyelitis, zu Deutsch Knochenmarksentzündung, ist eine schwer zu
bekämpfende bakterielle Erkrankung, die meist durch Staphylococcus aureus
hervorgerufen wird. Selbst die Verabreichung hochdosierter Medikamente
über einen langen Zeitraum führt nicht zu einer zufriedenzustellenden
Erfolgsquote und die Erkrankung führt regelmässig zu Amputationen. Die
Erreger gelangen in den Knochen und verursachen dort zunächst eine akute
Infektion. „Erste Symptome sind meist lediglich Fieber und ein allgemeines
Schwächegefühl, die nach einiger Zeit abklingen“, sagt Prof. Eva Medina,
Leiterin der Arbeitsgruppe Infektionsimmunologie am HZI. „Allerdings wird
die Krankheit oft chronisch und bricht erneut aus. Das kann schlimme
Folgen haben, wie beispielsweise Verformungen des Knochens oder ein
zunehmendes Risiko für Knochenbrüche." Vor allem Menschen mit einem
geschwächten Immunsystem oder einer anderen chronischen Erkrankung, wie
beispielsweise Diabetes, sind dabei gefährdet.
Die chronische Erkrankung zu vermeiden ist schwierig, da das Bakterium
innerhalb des Knochens vor Antibiotika und anderen Medikamenten gut
geschützt ist und so nur schwer bekämpft werden kann. Zudem schützt sich
der Keim vor dem menschlichen Abwehrsystem und hat eine Möglichkeit
entwickelt, innerhalb der Knochen zu überleben, obwohl es dort kaum
Nahrung für ihn gibt. Wie dem Keim das gelingt und wo die Unterschiede
zwischen akuter und chronischer Infektionsphase liegen, konnten Medina und
ihre Kollegen nun erstmals im lebenden Organismus zeigen. „Während der
chronischen Phase fährt der Keim seinen Stoffwechsel runter, da anders als
während der akuten Phase nicht genügend Nahrung vorhanden ist. Er schläft
sozusagen ein und überlebt nur noch, anstatt sich zu vermehren“, sagt
Medina. „Dadurch übersteht er den im Knochen herrschenden Nahrungsmangel
und überlebt langfristig unter diesen Bedingungen.“
Außerdem konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass der Keim während der
Knocheninfektion vermehrt Proteasen produziert. Diese Enzyme können
Proteine, die unter anderem die Strukturelemente der Knochen sind,
spalten. „Dass diese Enzyme verstärkt produziert werden, deutet darauf
hin, dass Staphylococcus aureus seine Nahrung direkt aus dem Knochen
gewinnt. Er frisst den Knochen sozusagen von innen auf“, sagt Medina. Das
Resultat sind Verformungen und poröse Knochen, die leicht brechen können.
Die Wissenschaftler konnten auch einen zweiten Mechanismus entschlüsseln,
der den Bakterien das Überleben im Knochen ermöglicht. „Der Keim
produziert nach der Infektion verstärkt Toxine, die neutrophile
Granulozyten abtöten“, sagt Medina. Neutrophile Granulozyten sind weiße
Blutkörperchen, die eine wesentliche Rolle bei der unspezifischen Abwehr
von Infektionen spielen und die vor allem im Knochenmark zu finden sind.
Staphylococcus aureus versteckt sich also nicht vor dem menschlichen
Immunsystem, sondern bekämpft dessen Abwehrmechanismen aktiv.
„Jetzt wo wir die Überlebensmechanismen des Erregers im Knochen kennen,
können wir gezielt Strategien entwickeln, wie wir die Mechanismen
unterbrechen oder unterbinden“, sagt Medina. „Langfristig ist das ein sehr
wichtiger Schritt, um Knochenmarksentzündungen künftig besser bekämpfen zu
können“.
Originalpublikation:
Citation Szafranska AK, Oxley APA, Chaves-Morenob D, Horsta SA,
Roßlenbroich S, Peters G, Goldmann O, Rohde M, Sinha B, Pieper DH, Löffler
B, Jauregui R, Wos-Oxley ML, Medina E. 2014. High-resolution
transcriptomic analysis of the adaptive response of Staphylococcus aureus
during acute and chronic phases of osteomyelitis.
DOI:10.1128/mBio.01775-14.
Medizin am Abend DirektKontakt
Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung:
Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchen
Wissenschaftler die Mechanismen von Infektionen und ihrer Abwehr. Was
Bakterien oder Viren zu Krankheitserregern macht: Das zu verstehen soll
den Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe liefern.
www.helmholtz-hzi.de
Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Rebecca Winkels
http://mbio.asm.org/content/5/6/e01775-14 - Link zur Originalpublikation
Osteomylelitis
Knochenmarksentzündungen sind hartnäckige bakterielle Infektionen der
Knochen. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung
(HZI) in Braunschweig konnten nun zeigen, wie sich der Erreger
Staphylococcus aureus an das Leben im Knochen anpasst und wie er sich dort
vor dem menschlichen Immunsystem schützt. Ihre im Journal mBio
veröffentlichten Erkenntnisse liefern wichtige Ansätze für den Kampf gegen
die Infektionskrankheit.
Die Osteomyelitis, zu Deutsch Knochenmarksentzündung, ist eine schwer zu
bekämpfende bakterielle Erkrankung, die meist durch Staphylococcus aureus
hervorgerufen wird. Selbst die Verabreichung hochdosierter Medikamente
über einen langen Zeitraum führt nicht zu einer zufriedenzustellenden
Erfolgsquote und die Erkrankung führt regelmässig zu Amputationen. Die
Erreger gelangen in den Knochen und verursachen dort zunächst eine akute
Infektion. „Erste Symptome sind meist lediglich Fieber und ein allgemeines
Schwächegefühl, die nach einiger Zeit abklingen“, sagt Prof. Eva Medina,
Leiterin der Arbeitsgruppe Infektionsimmunologie am HZI. „Allerdings wird
die Krankheit oft chronisch und bricht erneut aus. Das kann schlimme
Folgen haben, wie beispielsweise Verformungen des Knochens oder ein
zunehmendes Risiko für Knochenbrüche." Vor allem Menschen mit einem
geschwächten Immunsystem oder einer anderen chronischen Erkrankung, wie
beispielsweise Diabetes, sind dabei gefährdet.
Die chronische Erkrankung zu vermeiden ist schwierig, da das Bakterium
innerhalb des Knochens vor Antibiotika und anderen Medikamenten gut
geschützt ist und so nur schwer bekämpft werden kann. Zudem schützt sich
der Keim vor dem menschlichen Abwehrsystem und hat eine Möglichkeit
entwickelt, innerhalb der Knochen zu überleben, obwohl es dort kaum
Nahrung für ihn gibt. Wie dem Keim das gelingt und wo die Unterschiede
zwischen akuter und chronischer Infektionsphase liegen, konnten Medina und
ihre Kollegen nun erstmals im lebenden Organismus zeigen. „Während der
chronischen Phase fährt der Keim seinen Stoffwechsel runter, da anders als
während der akuten Phase nicht genügend Nahrung vorhanden ist. Er schläft
sozusagen ein und überlebt nur noch, anstatt sich zu vermehren“, sagt
Medina. „Dadurch übersteht er den im Knochen herrschenden Nahrungsmangel
und überlebt langfristig unter diesen Bedingungen.“
Außerdem konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass der Keim während der
Knocheninfektion vermehrt Proteasen produziert. Diese Enzyme können
Proteine, die unter anderem die Strukturelemente der Knochen sind,
spalten. „Dass diese Enzyme verstärkt produziert werden, deutet darauf
hin, dass Staphylococcus aureus seine Nahrung direkt aus dem Knochen
gewinnt. Er frisst den Knochen sozusagen von innen auf“, sagt Medina. Das
Resultat sind Verformungen und poröse Knochen, die leicht brechen können.
Die Wissenschaftler konnten auch einen zweiten Mechanismus entschlüsseln,
der den Bakterien das Überleben im Knochen ermöglicht. „Der Keim
produziert nach der Infektion verstärkt Toxine, die neutrophile
Granulozyten abtöten“, sagt Medina. Neutrophile Granulozyten sind weiße
Blutkörperchen, die eine wesentliche Rolle bei der unspezifischen Abwehr
von Infektionen spielen und die vor allem im Knochenmark zu finden sind.
Staphylococcus aureus versteckt sich also nicht vor dem menschlichen
Immunsystem, sondern bekämpft dessen Abwehrmechanismen aktiv.
„Jetzt wo wir die Überlebensmechanismen des Erregers im Knochen kennen,
können wir gezielt Strategien entwickeln, wie wir die Mechanismen
unterbrechen oder unterbinden“, sagt Medina. „Langfristig ist das ein sehr
wichtiger Schritt, um Knochenmarksentzündungen künftig besser bekämpfen zu
können“.
Originalpublikation:
Citation Szafranska AK, Oxley APA, Chaves-Morenob D, Horsta SA,
Roßlenbroich S, Peters G, Goldmann O, Rohde M, Sinha B, Pieper DH, Löffler
B, Jauregui R, Wos-Oxley ML, Medina E. 2014. High-resolution
transcriptomic analysis of the adaptive response of Staphylococcus aureus
during acute and chronic phases of osteomyelitis.
DOI:10.1128/mBio.01775-14.
Medizin am Abend DirektKontakt
Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung:
Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchen
Wissenschaftler die Mechanismen von Infektionen und ihrer Abwehr. Was
Bakterien oder Viren zu Krankheitserregern macht: Das zu verstehen soll
den Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe liefern.
www.helmholtz-hzi.de
Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, Rebecca Winkels
http://mbio.asm.org/content/5/6/e01775-14 - Link zur Originalpublikation
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