Molekulare Infektionsbiologie

Gastrointestinale Infektionen zählen weltweit immer noch zu den häufigsten Infektionserkrankungen. Die jährlich hohe Anzahl an Infektionen in Deutschland wird durch Bakterien, wie Salmonellen, Shigatoxin-produzierenden Escherichia coli und Yersinien ausgelöst. Sie werden hauptsächlich über kontaminierte Lebensmittel von Tieren auf den Menschen übertragen. Sie lösen ein weites Spektrum von Darmerkrankungen wie Diarrhö und akute Entzündungen des Dünn- und Dickdarms aus – mit teilweise schwerwiegenden Folgeerkrankungen. Unsere Wissenschaftler erforschen vor allem am Beispiel von Yersinien, wie diese Bakterien sich an die Darmepithelschicht anheften, sie durchdringen und sich im Wirt verbreiten.

Unsere Forschung

Abb. 1: Adhäsion und Invasion von enteropathogenen Bakterien in das menschliche Epithel (Dersch/Kaulbars/Özel, RKI 2004). <strong>Klick zum Vergrößern!</strong>

Um hinter die Mechanismen von Bakterien-Infektionen im Darm zu kommen, arbeiten unsere Wissenschaftler am HZI vor allem mit enteropathogenen Yersinien. Sie analysieren, wie sich diese Bakterien an die Oberfläche des Darmepithels binden und in Zellen der Epithelschicht einwandern. Das Anbinden der Bakterien an die Darmzellen löst eine ganze Kaskade von Reaktionen aus: Das Aktinzytoskelett lagert sich um und bildet spezielle Membranausstülpungen. Diese umwandern die Bakterien und schließen sie in die Zelle ein. So überqueren die Bakterien das Darmepithel, wandern in darunter liegende lymphatische Gewebe ein und breiten sich in tiefer liegenden Organen aus. Es gelingt ihnen nicht nur, das Gewebe ihres Wirtes zu besiedeln, sondern dabei auch noch sein Immunsystem abzuwehren.

 

Die Wissenschaftler des HZI stellen sich vor allem folgende Fragen:
- Wie gelingt pathogenen Mikroben das Anhaften und Eindringen in eukaryotische Zellen?
- Welche Bakterien- und Wirtsfaktoren sind daran beteiligt? Wann werden diese Faktoren von den Zellen produziert?
- Wann, wo und durch welche regulatorischen Mechanismen werden Virulenzfaktoren beim Infektionsprozess produziert?
- Wie stellen Krankheitserreger ihren Stoffwechsel während der Infektion um?
Um diese Fragen beantworten zu können, erforschen die Wissenschaftler die Struktur und Funktion von Virulenzfaktoren, die am Eintritt der Bakterien beteiligt sind. Sie charakterisieren die Wege und Signale in der Wirtzelle, wenn Yersinien angreifen und sie untersuchen die Regulationsmechanismen hinter den Veränderungen in der Genexpression beim Krankheitserreger und dem Wirt.


Ein Beispiel für diese ganzen Regelmechanismen, die während einer Infektion ablaufen – und die unsere Wissenschaftler untersuchen -, ist der Temperaturwechsel, den die Bakterien beim Eintritt aus der Umwelt in den Wirt wahrnehmen. So ändert etwa ein zentrales, regulatorisches Bakterien-Protein, das für die Infektion nötig ist, seine Form, wenn es sich von 30°C in der Umgebung auf 37°C im Darm erwärmt und mit dieser anderen Form, nimmt es andere Aufgaben war. Zudem können RNA Strukturen in Abhängigkeit der Temperatur ihre Struktur verändern und dabei die Produktion von Virulenzfaktoren verändern.

Forschergruppe Molekulare Infektionsbiologie

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    Yersinien machen uns Bauchschmerzen. Wenn wir die Bakterien mit verseuchtem Fleisch zu uns nehmen, infizieren sie unsere Darmzellen und vermehren sich. Aber wie wissen die Yersinien, dass sie nicht mehr in der vergammelten Wurst sind sondern in unserem Körper? Die Antwort ist simpel: Die Bakterien haben ein Thermometer. Hören Sie zu, wie das funktioniert...