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Plasmide von EHEC: Spielwiese der Evolution neuer Krankheitserreger?

25.07.2001 - (idw) Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Das Wissen über das Erbgut der krankheitserregenden EHEC-Bakterien wächst weiter: An der Universität Würzburg hat der Wissenschaftler Dr. Werner Brunder mehrere Gene entdeckt, die den Bakterien haarförmige Anhängsel verleihen. Mit diesen können sich die Erreger möglicherweise besonders gut im Darm des Menschen verankern.


Mit haarförmigen Anhängseln können sich EHEC-Bakterien möglicherweise sehr gut im Darm des Menschen verankern. Die Gene für dieses "Haarkleid" wurden an der Uni Würzburg entdeckt. Der weiße Balken links unten entspricht 200 Nanometern. Bild: Brunder
Struktur eines EHEC-Plasmids: Die Gene für krankmachende Faktoren (weiße Kästen) sind jeweils von beweglichen Insertionselementen (schwarze Kästen, IS) flankiert. Grafik: Brunder EHEC-Bakterien (Enterohämorrhagische Escherichia coli) wurden erst 1982 als krankmachende Untergruppe der Colibakterien entdeckt. Sie verursachen zunächst Durchfall, bei fünf bis zehn Prozent der Erkrankten kommt jedoch als Komplikation ein Nierenversagen hinzu. Dieses kann tödlich enden oder dazu führen, dass sich die Betroffenen für den Rest ihres Lebens der Dialyse unterziehen müssen.

In den vergangenen Jahren haben EHEC immer wieder für Aufregung gesorgt, nicht zuletzt durch große Infektionswellen in Japan und den USA. Auch in Deutschland werden immer wieder kleinere Ausbrüche und sporadische Fälle von EHEC-Infektionen beobachtet.

Eine auffällige Eigenschaft der EHEC-Bakterien ist, dass sie neben ihrem Bakterienchromosom zusätzliches Erbgut in Form von so genannten Plasmiden besitzen. Dabei handelt es sich um ringförmige Nukleinsäure-Moleküle. Bei Bakterien wie den Erregern der Pest und der Shigellenruhr tragen solche Plasmide die Gene für wichtige krankmachende Faktoren. Auch die Gene, die für die haarförmigen Anhängsel von EHEC zuständig sind, hat Dr. Brunder auf einem Plasmid gefunden.

Diese Forschungen laufen in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Helge Karch am Institut für Hygiene und Mikrobiologie der Universität und werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Die Wissenschaftler vom Hygiene-Institut haben in den vergangenen Jahren mehrere krankmachende Faktoren von EHEC identifiziert, die mit Plasmiden in Verbindung stehen: Ein Protein namens Hämolysin kann verschiedene Zellen gewissermaßen durchlöchern und sie dadurch abtöten. Das Enzym Katalase schützt die EHEC-Bakterien möglicherweise vor dem Angriff von Immunzellen, und ein eiweißabbauendes Enzym, das von den Erregern ausgeschieden wird, kann einen Blutgerinnungsfaktor spalten.

Vergleichende Untersuchungen an einer großen Zahl von EHEC-Bakterien haben laut Dr. Brunder zu der Erkenntnis geführt, dass - anders als früher angenommen - nicht alle EHEC-Bakterien das gleiche Plasmid besitzen. Vielmehr wurde eine große Variationsbreite bei der Gen-Zusammensetzung, aber auch bei der Anordnung der Gene innerhalb der Plasmide beobachtet.

Die für die Krankheitsentstehung bedeutsamen Gene sind in der Regel von so genannten Insertionselementen flankiert. Solche Elemente sind als "springende Gene" bekannt, die unter Umständen andere Gene transportieren können. Es scheine, so Dr. Brunder, dass diese mobilen Elemente an der Entstehung der Vielfalt an Plasmidvarianten bei EHEC beteiligt sind.

Und nicht nur das: Auch Plasmide selbst sind im Gegensatz zum Bakterienchromosom häufig beweglich und können zwischen verschiedenen Bakterienzellen und sogar zwischen verschiedenen Arten ausgetauscht werden. Somit könnten diese hoch variablen genetischen Elemente als Orte der Neukombination von krankmachenden Genen und zusätzlich als Genfähren eine wichtige Rolle bei der Entstehung neuer Krankheitserreger spielen.

Weitere Informationen: Dr. Werner Brunder, T (0931) 201-3981, Fax (0931) 201-3445, E-Mail:

wbrunder@hygiene.uni-wuerzburg.de
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