Medizin am Abend Berlin Fazit: HZI-Forscher klären neue Mechanismen rund um Parodontitis auf
Parodontitis ist die am weitesten verbreitete Infektionskrankheit auf
der Welt. Etwa zehn Prozent aller Menschen sind davon betroffen, im
Alter sind es sogar fünfzig Prozent. Parodontitis wird durch einen
Biofilm in den Zahntaschen ausgelöst, der sich aus mehreren hundert
Bakterienarten zusammensetzt. Wie diese Bakterien zusammenarbeiten,
haben nun Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung
(HZI) in Braunschweig durch Analyse von rund zehn Millionen aktiven
Genen aus Zahntaschen erforscht. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in
dem neuen open-access Nature Online-Journal „Biofilms and
Microbiomes“.
Probeentnahme aus Zahntasche, Illumina-Sequenzierung (Mitte oben),
Treponema-Erreger in der Zahntasche (darunter), Metabolische Netzwerke. (@HZI/ Wagner-Döbler)
-
Im Endstadium führt die Parodontitis zu Zahnverlust und erhöht zudem
das Risiko für Herzschlag, Rheuma, Fehlgeburt, Autoimmunkrankheiten und
andere systemische Krankheiten.
Um genau zu verstehen, wie eine
Parodontitis entsteht, muss man die
Aktivität des Biofilms, der sie
verursacht, genau analysieren. „Bei den Mikroorganismen handelt es sich
sowohl um gut untersuchte Pathogene, als auch um solche, die bisher
als
Begleitflora betrachtet wurden und als harmlos galten“, sagt Prof. Irene
Wagner-Döbler, Leiterin der Arbeitsgruppe Mikrobielle Kommunikation am
HZI.
Sie und ihre Kollegen haben eine sogenannte Metatranskriptionsanalyse
durchgeführt. Dabei sequenziert man nicht die Erbinformation selber, die
DNA, sondern die Messenger-RNA, also die Arbeitskopien der Gene, und
zwar sämtlicher aktiven Gene aller
Bakterienarten der Periodontaltasche.
Diese rund zehn Millionen aktiven Gene wurden anschließend mit
bioinformatischen Methoden analysiert. „Entscheidend war dabei, dass wir
die Genexpression in Bakteriengemeinschaften von Menschen mit
Parodontitis mit derjenigen von gesunden Probanden verglichen haben“,
sagt Wagner-Döbler.
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Dadurch konnten die Wissenschaftler zeigen, dass ein typischer Bewohner
der Zahntasche, das Bakterium Prevotella nigrescens, seine Rolle
verändert, je nachdem ob eine Paradontitis vorliegt oder nicht. „Sobald
eine Parodontitis vorliegt, verwandelt sich das normalerweise harmlose
P. nigrescens in ein sogenanntes „accessory pathogen“ und greift den
Wirt an, genau wie die bereits bekannten Pathogene“, sagt Wagner-Döbler.
Die Erkrankung wird dadurch weiter verschlimmert und lässt sich
schwerer bekämpfen.
„Ging man bisher davon aus, dass man nur die
Leitkeime der Infektion ausschalten muss, um die Krankheit zu besiegen,
so deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass das nicht ausreichend sein
wird“, sagt Wagner-Döbler.
Eine weitere neue Erkenntnis betrifft die Rolle des oralen Bakteriums
Fusobacterium nucleatum, das häufig in Zahntaschen vorkommt.
- Man hatte
vermutet, dass F. nucleatum in einer entzündeten Zahntasche giftige
Buttersäure produziert und dadurch zur Parodontitis beiträgt.
Die
Analyse der Genexpression zeigte aber, dass F. nucleatum immer
Buttersäure produziert, bei Gesunden ebenso wie bei Kranken.
Bei Kranken
tragen allerdings noch eine Reihe anderer Bakterienarten zur
Butyratproduktion bei und diese Bakterienart nutzt noch weitere
biochemische Stoffwechselwege dafür.
„Auch an diesem wichtigen Prozess
sind unseren Ergebnissen zufolge gleich eine ganze Reihe von Bakterien
beteiligt, die bisher nicht damit in Verbindung standen“, sagt
Wagner-Döbler.
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Darüber hinaus gelang es den Forschern, Biomarker für Parodontitis zu
identifizieren. Biomarker sind charakteristische biologische Merkmale,
die objektiv gemessen werden können und auf einen normalen oder
krankhaften Prozess im Körper hinweisen.
„Wir haben drei Gene gefunden,
die regelmäßig eine besonders hohe Genexpression zeigten, wenn Patienten
an Parodontitis erkrankt waren“, sagt Wagner-Döbler. Diese drei
Biomarker könnten nun in einer großen Patienten-Kohorte validiert werden
und im Endeffekt ermöglichen, Parodontitis in einem frühen Stadium zu
diagnostizieren, so dass eine Therapie sehr viel erfolgreicher wird.
Die Forscher haben also zu einem grundsätzlich neuen Verständnis einer
polymikrobiellen Biofilmerkrankung beigetragen und einen wesentlichen
Schritt hin zu einer früheren Diagnose gemacht.
Originalpublikation:
Szymon P Szafrański , Zhi-Luo Deng, Jürgen Tomasch, Michael Jarek, Sabin
Bhuju, Christa Meisinger, Jan Kühnisch , Helena Sztajer, Irene
Wagner-Döbler. Functional biomarkers for chronic periodontitis and
insights into the roles of Prevotella nigrescens and Fusobacterium
nucleatum; a metatranscriptome Analysis. Biofilm and Microbiomes. 2015
Sep 23. 1:15017. DOI 10.1038/npjbiofilms.2015.17
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.
An seinem Standort in Braunschweig-Stöckheim blickt das Zentrum auf eine
jahrzehntelange Historie zurück. Bereits 1965 begannen hier die ersten
Arbeiten; 2015 feiert das HZI 50-jähriges Jubiläum.
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