Invasion mit Wasserstoffantrieb

Im gesunden Darm tummeln sich Milliarden von Darmbakterien, welche die Verdauung unterst¨¹tzen und den Darm gesund halten. Eine Vielzahl verschiedener Mikroorganismen, die Mikrobiota, besiedelt den Darm so dicht, dass Krankheitserreger in der Regel keine Chance haben, sich dort zu vermehren. Manche Erreger wie das Durchfallbakterium Salmonella Typhimurium schaffen es aber trotzdem, in dieses dicht besiedelte ?kosystem einzudringen. Der Antwort auf die Frage, wie Salmonella dies schafft, sind Forschende der ETH Z¨¹rich einen Schritt n?her gekommen. Sie haben entdeckt, woher der Erreger die Energie f¨¹r seinen Vorstoss nimmt.

Wolf-Dietrich Hardt, ETH-Professor f¨¹r Mikrobiologie, und seine Doktorandin Lisa Maier untersuchten, welche Faktoren in der fr¨¹hen Phase des Salmonella-Befalls eine Rolle spielen. W?hrend der Invasion des Darm?kosystems setzt Salmonella Typhimurium ein Enzym ein, mit dessen Hilfe es sich gegen die Mikrobiota durchzusetzen vermag: die sogenannte Hydrogenase, welche Wasserstoff zur Energiegewinnung verstoffwechselt. ?Man wusste zwar, dass Salmonella Typhimurium neben vielen anderen Energiequellen auch Wasserstoff nutzen kann. Es war aber bisher nicht klar, von welcher Energiequelle es w?hrend dieser fr¨¹hen Phase der Darmbesiedelung profitiert?, erkl?rt Maier.

Diebische Wasserstoffwirtschaft

Wasserstoff entsteht im Darm als Zwischenprodukt des normalen Stoffwechsels der Mikrobiota. ?Salmonella betreibt also eine diebische Wasserstoffwirtschaft, indem es sich Energie von den Mikrobiota holt, um sich gegen eben diese durchzusetzen?, sagt Hardt. Weil der Mikrobiota-Stoffwechsel bei den meisten Tieren ?hnlich funktioniere, finde der Erreger in jedem neuen tierischen Wirt die n?tige Energiequelle f¨¹r seinen ersten Vorstoss.

Ist es Salmonella Typhimurium erst einmal gelungen sich im Darm zu vermehren, dringt das Bakterium in das Darmgewebe ein und verursacht Entz¨¹ndung und Durchfall. In einigen F?llen gelangt Salmonella Typhimurium sogar in den Blutkreislauf und innere Organe. Tierversuche haben gezeigt, dass der Energieschub aus Wasserstoff hierbei keine essenzielle Rolle spielt. ?Ausserhalb des Darmlumens muss sich Salmonella Typhimurium aber auch nicht in einer dichten Gemeinschaft von Mikroorganismen Platz verschaffen?, gibt Maier zu bedenken.

Achillesverse der Darmflora

Das Enzym Hydrogenase kommt auch in einigen anderen Bakterien vor, wie zum Beispiel bei Escherichia coli und Helicobacter pylori, welches f¨¹r Magengeschw¨¹re verantwortlich ist. Die Forschenden vermuten daher, dass auch andere Krankheitserreger den von der Darmflora produzierten Wasserstoff als Energiequelle nutzen. Somit wird das eigene Stoffwechselprodukt der Mikrobiota zu einer Schwachstelle im Bollwerk gegen eine ganze Reihe von Krankheitskeimen.

?Die Darmflora sollte eigentlich vor Infektionen sch¨¹tzen, aber hier haben wir erstmals einen Fall, bei dem wir sehen, dass sie als unfreiwilliger Energielieferant Infektionen sogar f?rdert?, sagt Hardt. Das Wechselspiel zwischen Mikrobiota und Krankheitserregern sei somit komplexer als urspr¨¹nglich angenommen.