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Magnesiummangel stoppt Wachstum von Krankheitserregern

22.11.2019

Dringen Krankheitserreger in die Körperzellen ein, bekämpft unser Körper sie mit verschiedenen Methoden. Eine Forschungsgruppe am Biozentrum der Universität Basel hat nun erstmals zeigen können, wie eine Pumpe in den Zellen die eingedrungenen Erreger in Schach hält. Wie die Forscher in «Science» berichten, erzeugt diese einen Magnesiummangel und hemmt dadurch das Bakterienwachstum.

Wenn Krankheitserreger einen Organismus befallen, ruft das sofort das Immunsystem auf den Plan, welches die Bakterien bekämpft. Um den patrouillierenden Abwehrzellen zu entkommen, nisten sich einige Bakterien in den Zellen des Wirts ein. Der Wirt hat jedoch Strategien entwickelt, um die im Zellinneren versteckten Keime in Schach zu halten.


Elektronenmikroskopische Aufnahme einer mit Salmonellen (rot) infizierten Fresszelle (blau).

Universität Basel, Biozentrum

Wie Olivier Cunrath und Prof. Dirk Bumann am Biozentrum der Universität Basel nun herausgefunden haben, ist Magnesium entscheidend für das Bakterienwachstum im Zellinneren. Magnesiummangel bedeutet Stress für die Bakterien. Die Erreger hören auf zu wachsen und sich zu vermehren. Die Wirtszelle erzeugt diesen Magnesiummangel durch ein Transportprotein, kurz NRAMP1.

Wirtsprotein legt Krankheitserreger lahm

Die Forscher haben in ihrer Studie Salmonellen untersucht, die unter anderem Magen-Darm-Grippe und Typhus verursachen. Sie nisten sich in kleinen Einschlüssen in den Fresszellen des Immunsystems, den sogenannten Makrophagen, ein. Ob und wie schnell sich die Salmonellen in den Einschlüssen vermehren und sich schliesslich weiterverbreiten, hängt stark von der Funktionstüchtigkeit des NRAMP1-Transporters ab.

«Man weiss schon seit langem, dass NRAMP1 mit der Widerstandsfähigkeit gegen Infektionen in Verbindung steht. Doch das Wie und Warum, waren nie ganz klar», sagt Bumann. «Wir waren sehr von der Tatsache überrascht, dass dieses Transportprotein Magnesiumionen aus den Zelleinschlüssen herauspumpt und die Salmonellen so ruhigstellt. Das ist ein ganz neuer, unerwarteter Mechanismus.»

Magnesium ist Achillesferse für Bakterien

Magnesium ist ein zentraler Bestandteil vieler Stoffwechselenzyme, daher schrauben die Bakterien bei einem Mangel ihren Stoffwechsel herunter und verlangsamen ihr Wachstum. «Magnesium ist für intrazelluläre Erreger die Achillesferse. Je weniger davon vorhanden ist, desto mehr lechzen sie danach. Die Bakterien geraten in Alarmbereitschaft und aktivieren ihrerseits alle Aufnahmesysteme für Magnesium. Trotzdem schaffen sie es nicht, genug davon zu bekommen», so Erstautor Cunrath. «Ist die Pumpe in den Wirtszellen hingegen defekt, haben die Salmonellen genügend Magnesium, um schnell zu wachsen.»

Transporter beeinflusst Widerstandskraft des Wirtes

Die Funktionstüchtigkeit von NRAMP1 spiegelt sich in der Anfälligkeit für Infektionen wider. Tiere und Menschen, die nur wenig NRAMP1 bilden, sind empfindlicher gegenüber verschiedenen intrazellulären Erregern. Fehlt dieser Transporter völlig, verläuft die Infektion bereits bei einer sehr geringen Erregerzahl tödlich.

Infektionen sind immer ein Wettkampf auf Zeit zwischen Wirt und Erregern. Mit neuen Medikamenten, die den Magnesiumhaushalt der Bakterien zusätzlich stören, könnte man die Erreger noch stärker ausbremsen und damit dem Wirt einen entscheidenden Vorteil verschaffen, um die Infektion zu besiegen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Dirk Bumann, Universität Basel, Biozentrum, Tel. +41 61 207 23 82, E-Mail: dirk.bumann@unibas.ch

Originalpublikation:

Olivier Cunrath and Dirk Bumann
Host resistance factor SLC11A1 restricts Salmonella growth through magnesium deprivation
Science (2019), doi: 10.1126/science.aax7898
https://doi.org/10.1126/science.aax7898

Dr. Katrin Bühler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

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