Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Bakterien im Knochen überleben

05.01.2015

HZI-Wissenschaftler entschlüsseln Überlebensstrategie des Verursachers von Osteomylelitis

Knochenmarksentzündungen sind hartnäckige bakterielle Infektionen der Knochen. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig konnten nun zeigen, wie sich der Erreger Staphylococcus aureus an das Leben im Knochen anpasst und wie er sich dort vor dem menschlichen Immunsystem schützt. Ihre im Journal mBio veröffentlichten Erkenntnisse liefern wichtige Ansätze für den Kampf gegen die Infektionskrankheit.


Das Bakterium Staphylococcus aureus verursacht Osteomyelitis, eine schwer zu bekämpfende bakterielle Erkrankung.

HZI / M. Rohde

Die Osteomyelitis, zu Deutsch Knochenmarksentzündung, ist eine schwer zu bekämpfende bakterielle Erkrankung, die meist durch Staphylococcus aureus hervorgerufen wird. Selbst die Verabreichung hochdosierter Medikamente über einen langen Zeitraum führt nicht zu einer zufriedenzustellenden Erfolgsquote und die Erkrankung führt regelmässig zu Amputationen.

Die Erreger gelangen in den Knochen und verursachen dort zunächst eine akute Infektion. „Erste Symptome sind meist lediglich Fieber und ein allgemeines Schwächegefühl, die nach einiger Zeit abklingen“, sagt Prof. Eva Medina, Leiterin der Arbeitsgruppe Infektionsimmunologie am HZI.

„Allerdings wird die Krankheit oft chronisch und bricht erneut aus. Das kann schlimme Folgen haben, wie beispielsweise Verformungen des Knochens oder ein zunehmendes Risiko für Knochenbrüche." Vor allem Menschen mit einem geschwächten Immunsystem oder einer anderen chronischen Erkrankung, wie beispielsweise Diabetes, sind dabei gefährdet.

Die chronische Erkrankung zu vermeiden ist schwierig, da das Bakterium innerhalb des Knochens vor Antibiotika und anderen Medikamenten gut geschützt ist und so nur schwer bekämpft werden kann. Zudem schützt sich der Keim vor dem menschlichen Abwehrsystem und hat eine Möglichkeit entwickelt, innerhalb der Knochen zu überleben, obwohl es dort kaum Nahrung für ihn gibt. Wie dem Keim das gelingt und wo die Unterschiede zwischen akuter und chronischer Infektionsphase liegen, konnten Medina und ihre Kollegen nun erstmals im lebenden Organismus zeigen.

„Während der chronischen Phase fährt der Keim seinen Stoffwechsel runter, da anders als während der akuten Phase nicht genügend Nahrung vorhanden ist. Er schläft sozusagen ein und überlebt nur noch, anstatt sich zu vermehren“, sagt Medina. „Dadurch übersteht er den im Knochen herrschenden Nahrungsmangel und überlebt langfristig unter diesen Bedingungen.“

Außerdem konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass der Keim während der Knocheninfektion vermehrt Proteasen produziert. Diese Enzyme können Proteine, die unter anderem die Strukturelemente der Knochen sind, spalten. „Dass diese Enzyme verstärkt produziert werden, deutet darauf hin, dass Staphylococcus aureus seine Nahrung direkt aus dem Knochen gewinnt. Er frisst den Knochen sozusagen von innen auf“, sagt Medina. Das Resultat sind Verformungen und poröse Knochen, die leicht brechen können.

Die Wissenschaftler konnten auch einen zweiten Mechanismus entschlüsseln, der den Bakterien das Überleben im Knochen ermöglicht. „Der Keim produziert nach der Infektion verstärkt Toxine, die neutrophile Granulozyten abtöten“, sagt Medina. Neutrophile Granulozyten sind weiße Blutkörperchen, die eine wesentliche Rolle bei der unspezifischen Abwehr von Infektionen spielen und die vor allem im Knochenmark zu finden sind. Staphylococcus aureus versteckt sich also nicht vor dem menschlichen Immunsystem, sondern bekämpft dessen Abwehrmechanismen aktiv.

„Jetzt wo wir die Überlebensmechanismen des Erregers im Knochen kennen, können wir gezielt Strategien entwickeln, wie wir die Mechanismen unterbrechen oder unterbinden“, sagt Medina. „Langfristig ist das ein sehr wichtiger Schritt, um Knochenmarksentzündungen künftig besser bekämpfen zu können“.

Originalpublikation:

Citation Szafranska AK, Oxley APA, Chaves-Morenob D, Horsta SA, Roßlenbroich S, Peters G, Goldmann O, Rohde M, Sinha B, Pieper DH, Löffler B, Jauregui R, Wos-Oxley ML, Medina E. 2014. High-resolution transcriptomic analysis of the adaptive response of Staphylococcus aureus during acute and chronic phases of osteomyelitis. DOI:10.1128/mBio.01775-14.

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. http://www.helmholtz-hzi.de

Weitere Informationen:

http://www.helmholtz-hzi.de/de/aktuelles/news/ansicht/article/complete/wie_bakte... - Diese Pressemitteilung auf der Homepage des HZI.
http://mbio.asm.org/content/5/6/e01775-14 - Link zur Originalpublikation

Rebecca Winkels | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie