Wenn Darmbakterien surfen gehen

Das Bakterium Escherichia coli gehört zur gesunden menschlichen Darmflora. Aber E. coli hat auch krankheitserregende Verwandte, die Durchfallerkrankungen hervorrufen: enterohämorraghische E.coli-Bakterien (EHECs).

Während einer Infektion besiedeln sie die Darmschleimhaut und verursachen dabei im Gegensatz zu gutartigen Bakterien Verletzungen. Die EHECs haften sich fest an die Oberfläche der Schleimhautzellen an und verändern deren Inneres: Ein Teil des zellulären Stützskeletts – das Aktin-Skelett – wird derart umgebaut, dass die Zelloberfläche unter den Bakterien sockelförmige Auswüchse bildet, sogenannte Pedestals.

Die Bakterien sind auf diesen Sockeln fest verankert; die Pedestals dagegen sind beweglich. So können die Bakterien auf ihnen sitzend über die Zelloberfläche surfen und sich darauf vermehren, ohne aus dem Darm gespült zu werden. Wie aber bringen die Bakterien die Wirtszelle zum Umbau des Aktin-Zellskeletts? Forscher am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) haben jetzt den Signalweg aufgeklärt, der zur Bildung dieser Sockel führt.

„Grundvoraussetzung für diesen Signalweg ist ein spezielles Sekretionssystem – eine Art molekulare Spritze, durch die die Bakterien ganze Proteine in die Wirtszelle einschleusen“, erklärt Theresia Stradal, Leiterin der Arbeitsgruppe „Signaltransduktion und Motilität“ am HZI. Für die Pedestalbildung werden zwei Faktoren, Tir und EspFU aus dem Bakterium in die Wirtszelle eingebracht. Anschließend präsentiert die Wirtszelle Tir auf ihrer Oberfläche; das Bakterium erkennt „sein“ Molekül Tir, und haftet sich an die Wirtszelle an. EspFU löst dann das Signal zum lokalen Aktinumbau aus.

„Unklar war bisher, wie die beiden bakteriellen Faktoren Tir und EspFU in der Wirtszelle miteinander in Kontakt treten“, so Theresia Stradal. Ihre Arbeitsgruppe hat nun das fehlende Bindeglied gefunden: „Das Molekül kommt aus der Wirtszelle, heißt IRSp53 und sammelt sich an der Zelloberfläche, direkt unterhalb der aufsitzenden Bakterien“, erläutert der am Projekt beteiligte Zellbiologe Markus Ladwein. IRSp53 stellt also die Verbindung zwischen Tir und EspFU her. Es sorgt dafür, dass der Aktinumbau lokal konzentriert wird. Gemeinsam mit der Biochemikerin Stefanie Weiß, einer ehemaligen Doktorandin der Arbeitsgruppe; hat Markus Ladwein auch den Gegenbeweis erbracht: „Zellen, denen IRSp53 fehlt, können keine Sockel für die Bakterien mehr bilden“.

Der von den Braunschweiger Wissenschaftlern aufgeklärte Signalweg – den sie heute in der Zeitschrift Cell Host & Microbe veröffentlichen – ist ein gutes Beispiel dafür, wie krankheitserregende Bakterien sich kontinuierlich mit ihrem Wirt weiter entwickeln. Deshalb gelingt es ihnen, mithilfe bakterieller Faktoren Signale vorzutäuschen und komplexe Prozesse im Wirt in Gang zu setzen, die sie für ihre Zwecke missbrauchen.

Titel der Originalpublikation: IRSp53 Links the Enterohemorrhagic E. coli Effectors Tir and EspFU for Actin Pedestal Formation. Stefanie M. Weiss, Markus Ladwein, Dorothea Schmidt, Julia Ehinger, Silvia Lommel, Kai Städing, Ulrike Beutling, Andrea Disanza, Ronald Frank, Lothar Jänsch, Giorgio Scita, Florian Gunzer, Klemens Rottner, and Theresia E.B. Stradal.Cell Host Microbe. 2009 Mar 19;5(3):244-58