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Interaktion von Bakterien in der CF-Lunge - Warum Burkholderien erst im späteren CF-Leben auftreten

In den Atemwegen von Menschen mit Mukoviszidose (Cystische Fibrose CF) tummeln sich viele verschiedene Keime, die der Lunge schaden können. Es zeigt sich allerdings, dass manche Bakterien typischerweise im Kindesalter, andere eher in späteren Jahren auftreten. Dass dies kein Zufall ist, ist lange bekannt. Die Zusammensetzung des Lungen-Mikrobioms wird durch komplexe Interaktionen zwischen Bakterien beeinflusst, die allerdings noch kaum bekannt sind.
Altersabhängige Häufigkeit des Bakteriennachweises in % von Mukoviszidose-Patienten mit mikrobiologischer Untersuchung 2018, Quelle: Deutsches Mukoviszidose-Register, Berichtsband 2018

Altersabhängige Häufigkeit des Bakteriennachweises in % von Mukoviszidose-Patienten mit mikrobiologischer Untersuchung 2018, Quelle: Deutsches Mukoviszidose-Register, Berichtsband 2018

In einem Mikrobiom (Gesamtheit der Mikroorganismen in einem Lebensraum) passiert weit mehr, als dass sich Bakterien vermehren. Bakterien kommunizieren miteinander über viele verschiedene Botenstoffe, sie geben aber auch Substanzen ab, um sich gegenseitig zu bekämpfen und sich ökologische Nischen für die eigene Vermehrung zu sichern. Im Fall von Pseudomonas aeruginosa (PA) und Burkholderia cepacia complex (BCC) wurden jetzt Ergebnisse von Untersuchungen publiziert, die erklären könnten, warum BCC meist erst im Jugend- oder Erwachsenenalter von CF-Patienten auftreten. 

Ein Angriffssystem mit Harpune

Die Arbeitsgruppe beobachtete, dass sich bei CF-Patienten bei BCC-Infektionen der Lunge die Menge der gleichzeitig dort lebenden Pseudomonaden verringert. Beide Bakterien nutzen das sog. T6SS (Type VI Secretion System), ein System, das Bakteriophagen ähnelt und dazu dient, andere Bakterienarten zu reduzieren und die eigene Vermehrung zu ermöglichen. Wie mit einer Harpune können mit T6SS andere Zellen angebohrt und z.B. schädliche Substanzen überbracht werden. PA hat ein effektives T6SS, das seine Ausbreitung wirkungsvoll fördert. Bei der Transition von PA zur chronischen Infektion in der Lunge verändert sich PA jedoch und anscheinend unterliegt auch das T6SS diesem Prozess. 

Bei chronischer Infektion verändert sich PA nicht nur zu seinem Vorteil

Nur die PA-Isolate von Patienten im Jugend- oder Erwachsenenalter verloren die T6SS-Fähigkeit, nicht die Isolate aus Kindern. Dadurch können die Pseudomonaden ihr sonst effektives System zur Reduktion anderer Bakterienarten wie beispielsweise BCC, nicht mehr nutzen und werden vor allem selbst empfindlicher gegenüber dem T6SS anderer Bakterien. Das öffnet BCC die Möglichkeit, sich seinerseits zu vermehren und sein eigenes T6SS zu nutzen, um PA zu unterdrücken.  

Ein wichtiger Baustein der Bakterien-Interaktion

Die Untersuchungen wurden an bestimmten PA- und BCC-Stämmen durchgeführt, so dass die Ergebnisse nicht unbedingt auf alle anderen vorkommenden PA- oder BCC-Stämme übertragbar sind. Außerdem haben sicherlich weitere, noch unbekannte Faktoren einen Einfluss auf die Ansiedlung und Vermehrung von BCC. Beispielsweise könnte das Vorkommen von Staphylococcus aureus, einem vor allem bei Kindern vorkommenden Keim, die Vermehrung von BCC beeinflussen. Die Ergebnisse zum T6SS bei Pseudomonas aeruginosa und Burkholderia cepacia complex zeigen aber einen wichtigen Baustein in der Interaktion von Bakterien in einem Mikrobiom, der das späte Vorkommen von BCC bei CF-Patienten erklären könnte. 

Pseudomonaden treten bereits im frühen Alter in den Atemwegen von CF-Betroffenen auf, während Burkholderien erst später und nur bei einem kleinen Anteil der Patienten hinzukommen (Quelle Berichtsband Deutsches Mukoviszidose Register 2018). Das Deutsche Mukoviszidose-Register erfasst Patientendaten aus 90 CF-Ambulanzen. In die Auswertungen zu den Lungeninfektionen wurden alle Patienten ohne Transplantation eingeschlossen, die mindestens eine mikrobiologische Untersuchung im Kalenderjahr 2018 hatten (n=5870, s. Abbildung).

Originalpublikation

Perault AI, et al. Host Adaptation Predisposes Pseudomonas aeruginosa to Type VI Secretion System-Mediated Predation by the Burkholderia cepacia Complex. Cell Host & Microbe 28, 1–14, October 7, 2020; zum Abstract der Publikation


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