Clostridium difficile verändert Oberfläche von Darmzellen

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Ein Durchfallerreger verändert die Oberfläche von Darmzellen so, dass sich Bakterien wie Clostridium difficile besser im Darm ansiedeln können.

Wenn die natürliche Darmflora durch Antibiotika geschädigt ist, kann diese krankmachende Keime nicht mehr in Schach halten. Dann können Durchfall und Darmentzündungen entstehen. Zu den Erregern gehört der Keim Clostridium difficile, der Darmzellen durch Giftstoffe angreift. Unter dem Strich ist die Infektion des Darms mit dem grampositiven Bakterium potenziell lebensbedrohlich. Und zwar insbesondere bei älteren Menschen und bei Patienten, die nach Exposition mit Antibiotika an einer Dysbiose der Darmmikrobiota leiden.

Das Bakterium bewirkt unter anderem, dass sich ein feines Netzwerk aus Zellausläufern auf der Oberfläche von Darmzellen bildet. Dadurch können sich weitere Bakterien besser ansiedeln. Übrigens ist Clostridium difficile die häufigste Ursache für infektiösen Durchfall im Gesundheitswesen.

 

Durchfallerreger Clostridium difficile im Fokus

Die Diagnose einer Clostridium difficile Infektion ist oft schwierig und hat erhebliche Auswirkungen auf die Behandlung von chronisch kranken Patienten. Entscheidend ist in der Regel die Anamnese der jüngsten verwendeten Antibiotika sowie Labortests.

Unlängst hat eine Arbeitsgruppe vom Pharmakologischen Institut der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg gezeigt, wie der Giftstoff CDT von Clostridium difficile-Bakterien die oben erwähnten Zellausläufer bildet. Das hilft dabei besser zu verstehen, wie Darmentzündungen durch die Krankheitserreger entstehen und sich entwickeln.

Besonders angriffslustige Bakterien der Spezies Clostridium difficile stellen Gifte her, die das Zellgerüst von Darmzellen zerstören. Dadurch werden Kontakte zwischen Darmzellen und ihre Schrankenfunktionen gehemmt, was zu typischen Durchfällen und Entzündungen führt. Zwei wichtige Bestandteile des Zellgerüstes sind Aktin und Mikrotubuli, die eine zentrale Rolle bei der Erhaltung der Zellform, der Schrankenfunktion und bei zellulären Bewegungsvorgängen spielen.

 

Das CDT-Toxin

Das CDT-Toxin von Clostridium difficile verändert Aktin und blockiert dadurch dessen Kettenbildung, was seine normale Funktion stört. Eine Folge davon ist, dass sich Mikrotubuli-Ketten leichter bilden und derart vermehren, dass zahlreiche Zellausläufer entstehen. Diese bilden ein Netzwerk auf der Darmzell-Oberfläche und fördern den Kontakt der Bakterien mit der Wirtszelle.

Der Einfluss des CDT-Toxins auf das Zusammenspiel der beiden Gerüstproteine Aktin und Tubulin hängt jedenfalls von einem dritten Baustein ab. Das sind die sogenannten Septinen. In einer menschlichen Zelle gibt es bis zu 13 verschiedene Septine, die miteinander in Wechselwirkung stehen. Dabei können sie sich zu Ketten, Ringen sowie Bändern verbinden. Dieser Prozess nennt sich Polymerisation.

CDT verändert das Aktin so, dass die Septine nicht mehr an Aktin binden können. Stattdessen wandern sie an die Zellmembran. Hier bilden sie trichterartige Septinpolymere, die in die Mikrotubuli – röhrenförmige Proteinstrukturen – hineinwachsen. Septine stehen mit der Spitze von wachsenden Mikrotubuli in direkter Wechselwirkung und funktionieren so als ein Wegweiser für das Wachstum dieser Strukturen.

 

Entstehung der Septin-Trichter

Proteine regulieren den Transport der Septine an die Membranen. Dadurch bilden sich die Trichter. Eine ähnliche Funktion haben Septine im Nervensystem des Menschen bei der Bildung von Nervenausläufern, den Neuriten. Auch hier kommt es zu einem Zusammenspiel von Aktin, Mikrotubuli und Septinen. Wobei sich mikroskopisch ähnliche Strukturen bilden. Die Untersuchung des Toxins gibt daher Aufschluss über grundlegende Abläufe im menschlichen Körper.

Literatur:

Thilo Nölke, Carsten Schwan, Friederike Lehmann, Kristine Østevold, Olivier C. Pertz, Klaus Aktories. Septins guide microtubule protrusions induced by actin-depolymerizing toxins like Clostridium difficile transferase CDT. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.1522717113

Wiep Klaas Smits, Dena Lyras, D. Borden Lacy, Mark H. Wilcox, Ed J. Kuijper. Clostridium difficile infection. Nat Rev Dis Primers. available in PMC 2017 Jun 1. Nat Rev Dis Primers. 2016 Apr 7; 2: 16020. doi: 10.1038/nrdp.2016.20

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Axel Rhindt

MEDMIX-Redaktion, AFCOM Digital Publishing Team

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