Chlamydien: Trickreiche Invasoren
(31.10.2014) Chlamydien sind die Auslöser einer Reihe schwerer Krankheiten. Gleichzeitig sind die Bakterien auf die Unterstützung der von ihnen befallenen Zellen angewiesen, um überleben zu können. Welche Tricks sie dabei anwenden, haben Mikrobiologen der Universität Würzburg genauer untersucht.
Damit Chlamydien leben und sich vermehren können, sind sie allerdings auf die Unterstützung ihres „Opfers“ angewiesen. Wie die Analyse des Genoms von Chlamydia trachomatis zeigt, fehlen dem Bakterium zahlreiche Stoffwechselprozesse komplett oder sind nur in Bruchstücken vorhanden.
Aus diesem Grund muss das Bakterium während seines ganzen Entwicklungszyklus von seiner Wirtszelle mit den notwendigen Nährstoffen – Nukleinsäuren, Proteinen und Lipiden – kontinuierlich versorgt werden. Es hat also großes Interesse daran, dass die von ihm befallene Zelle intakt und am Leben bleibt.
Chlamydien inaktivieren p53 und wachsen in großen Einschlüssen (rot) in ihren Wirtzellen (blau) (linkes Foto). Künstlich stabilisiertes p53 (grün) verhindert die Infektion mit Chlamydien (rechts).
Wie Chlamydien das schaffen, untersucht Professor Thomas Rudel, Inhaber des Lehrstuhls für Mikrobiologie an der Universität Würzburg, gemeinsam mit seinem Team schon seit Längerem. Jetzt haben die Wissenschaftler neue Details der Interaktion zwischen Chlamydia trachomatis und seiner Wirtszelle entschlüsselt. In der aktuellen Ausgabe von Cell Reports stellen sie ihre Ergebnisse vor.
Chlamydien hindern die Zellen am Selbstmord
„Wenn Chlamydien eine Zelle befallen, führt dies immer zu einer Reihe von Schäden am Erbgut dieser Zelle“, sagt Thomas Rudel. Im Normalfall hätte das zur Folge, dass die Zelle sich von selbst quasi „stilllegt“ oder gar den programmierten Zelltod – die Apoptose – einleitet.
Auf diese Weise verhindert ein Organismus, dass sich Zellen mit einer Fehlfunktion unkontrolliert vermehren und größere Schäden hervorrufen können. Im Fall einer Chlamydien-Infektion passiert das allerdings nicht; anscheinend ist das Bakterium in der Lage, den programmierten Zelltod in der befallenen Zelle zu verhindern.
„Wir konnten zeigen, dass Chlamydien in den von ihnen befallenen Zellen das Tumorsupressor-Protein p53 außer Kraft setzen und einen Prozess in Gang setzen, in dessen Folge die Schäden am Erbgut repariert werden“, sagt Rudel.
„Wächter des Genoms“: Unter diesem Namen ist das p53-Protein auch bekannt. Es besitzt die Fähigkeit, den Zellzyklus in geschädigten Zellen zu unterbrechen und damit die Zelle an der Teilung zu hindern. Die Zelle hat dadurch mehr Zeit, Schäden am Erbgut zu reparieren oder – wenn eine Reparatur nicht mehr möglich ist – sich selbst außer Gefecht zu setzen.
In einer Reihe von Experimenten konnten die Würzburger Mikrobiologen Details der Beziehung zwischen Bakterium und dem Tumorsupressor aufklären. Unter anderem stellten sie dabei fest:
- Weil eine Chlamydien-Infektion immer mit Schädigungen am Erbgut einhergeht, hindern die Bakterien das Tumorsupressor-Protein p53 an seiner Arbeit. In ihren Experimenten gelang es den Wissenschaftlern nicht einmal dann den Zelltod einzuleiten, wenn sie den von Chlamydien befallenen Zellen hohe Dosen einer Erbgut-schädigenden Substanz verabreichten.
- Hielten die Forscher in infizierten Zellen die Konzentration von p53 künstlich hoch, konnten sich die Chlamydien nicht mehr entwickeln. Sie verharrten in ihrem Lebenszyklus in einem Stadium, in dem sie nicht infektiös sind.
- Wie p53 Chlamydien in Schach hält, ist unklar. Da seit Kurzem bekannt ist, dass das Protein eine Reihe von Stoffwechselprozessen beeinflusst, darunter auch den der Glykolyse und des Glukosetransports, untersuchten die Würzburger Mikrobiologen auch diesen Aspekt. Schließlich sind Chlamydien darauf angewiesen, von ihrer Wirtszelle mit Glukose versorgt zu werden. Ein direkter Zusammenhang bestätigte sich dabei allerdings nicht.
- Dafür konnten die Wissenschaftler an anderen Stelle einen Mechanismus identifizieren, über den die Bakterien und das Tumorsupressor-Protein miteinander interagieren: die Glukose-6-P-Dehydrogenase – ein Schlüsselenzym innerhalb des Pentosephosphat-Zyklus‘. Blockierten die Forscher dieses Enzym und damit den gesamten Zyklus, ging das Wachstum der Chlamydien dramatisch zurück. Kurbelten sie den Zyklus hingegen künstlich an, wuchsen die Bakterien auch dann weiter, wenn in den Wirtszellen die p53-Konzentration hoch war.
„Unsere Ergebnisse zeigen zwei Dinge sehr deutlich: Zum einen inaktivieren Chlamydien das Tumorsupressor-Protein p53, um sich in der infizierten Zelle überhaupt vermehren zu können.
Dass sie dafür einen der wichtigsten Tumorsupressoren ausschalten müssen, könnte den Zusammenhang von Chlamydien-Infektionen und Tumorentstehung erklären“, sagt Thomas Rudel.
Zum anderen habe sich damit die Bedeutung des Pentosephosphat-Zyklus‘ gezeigt – nicht nur bei der Reparatur des Erbguts, sondern auch für die optimale Versorgung der Bakterien mit lebensnotwendigen Nährstoffen.
Siegl et al., Tumor Suppressor p53 Alters Host Cell Metabolism to Limit Chlamydia trachomatis Infection, Cell Reports (2014), http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2014.10.004
