Warum die einen krank machen, die anderen aber nicht

Die einen sind humanpathogen, leben in tierischen Zellen und sind vor allem in den Entwicklungsländern gefürchtete Krankheitserreger, weil sie gefährliche Augen- und Geschlechtskrankheiten hervorrufen. Die anderen sind völlig harmlos, kommen in der Umwelt nahezu überall in Gewässern vor und leben symbiotisch, also zum gegenseitigen Nutzen, in Einzellern. Die Rede ist von ein und derselben Bakterienfamilie, den Chlamydien. Warum eine Gruppe pathogen ist und die andere nicht, diesem Phänomen sind die Mikrobiologen Matthias Horn und Barbara Sixt der Universität Wien auf der Spur.

Alle Chlamydien haben ein Merkmal gemeinsam: Sie sind auf Stoffwechselprodukte (Aminosäuren und Nukleotide), also auf die Grundbausteine der Enzyme und der Erbinformation, der Wirtszelle angewiesen. Das ist einer der Gründe, warum sie lange Zeit zu den Viren gezählt wurden. Im Gegensatz zu Viren können sich die Chlamydien jedoch selbst fortpflanzen, sie brauchen nur bestimmte Bausteine der Wirtszelle, aber nicht deren Vermehrungsmaschinerie.

Die Chlamydien-Infektion ist die häufigste sexuell übertragbare bakterielle Geschlechtskrankheit, die oft ohne Symptome verläuft, in leichten Fällen zu einer Harnröhrenentzündung und – bleibt sie unbehandelt – zu Unfruchtbarkeit führen kann. Zehn Prozent aller unerwünscht kinderlosen Paare sind davon betroffen. In skandinavischen Ländern und in Deutschland werden junge Frauen daher im Zuge gynäkologischer Untersuchungen automatisch auf Chlamydien getestet.

Häufige Ursache für Erblindung. In Entwicklungs- und Schwellenländern lösen Chlamydien eine gefährliche entzündliche Augenerkrankung, das Trachom, aus: Sie ist in diesen Ländern die häufigste Ursache für Erblindung, obwohl sie mit Antibiotika leicht heilbar wäre – würde es in allen Teilen der Erde die nötige medizinische Versorgung geben.

„Die Übertragungswege der Chlamydien sind noch nicht restlos aufgeklärt“, so Matthias Horn, „aber mithilfe von Antibiotikabehandlungen und hygienischen Maßnahmen wie dem Bau von Latrinen kann die Infektionsrate erheblich gesenkt werden.“

Über ihre nächsten Verwandten, die harmlosen Umweltchlamydien, die in Amöben, leben, wissen die Wissenschaftler noch vergleichsweise wenig. Sie sind fast in jeder Trinkwasser- und Bodenprobe nachzuweisen. „Dass es diese Umweltchlamydien überhaupt gibt, ist erst seit gut zehn Jahren bekannt“, sagt der Forscher.

Seit dieser Zeit faszinieren Horn diese zwei unterschiedlichen Lebensweisen von nahe verwandten Bakterien. Was unterscheidet die Gruppen, das ist die zentrale Frage, mit der sich der 2005 mit dem START-Preis des FWF und 2011 mit dem hoch dotierten „ERC Starting Grant“ des Europäischen Forschungsrats ausgezeichnete Forscher seit Jahren beschäftigt. Er kam mit seinem Team der Lösung des Rätsels puzzlesteinartig auf die Spur. Dazu führt er im Labor Evolutionsexperimente durch, bei denen in einem Jahr die Entwicklung von 500 Generationen untersucht wird. Studiert wird zudem, welche Rolle dabei der „horizontale“ Gentransfer zwischen verschiedenen Einzellern spielt.

Gemeinsamer Vorfahre. „Beide verwenden ähnliche Vorgänge, um an die Stoffwechselprodukte ihrer Wirtszellen zu gelangen“, erläutert Horn. Diese Mechanismen müssen schon im letzten gemeinsamen Vorfahren der beiden Bakteriengruppen angelegt gewesen sein. Man schätzt, dass das vor rund einer Milliarde Jahren war. Zu dieser Zeit, im Präkambrium, gab es nur Einzeller.

Der Vorfahre, so nehmen die Wissenschaftler an, hat „gelernt“, wie er in seinem einzelligen Wirt, der sich normalerweise von Bakterien und anderen Mikroorganismen ernährt, nicht abgebaut und verdaut wird. Er hat quasi gelernt, den von ihm befallenen Einzeller für sich zu nutzen.

Die humanpathogenen Chlamydien haben dann im Laufe der Evolution einen eigenen Weg eingeschlagen und sich auf Vielzeller spezialisiert. Sie sind deswegen zu gefährlichen Krankheitserregern geworden, weil sie die Fähigkeit haben – und das unterscheidet sie erheblich von den Umweltchlamydien – eine Form des programmierten Zelltodes zu verhindern.

Tötungsweg ausschalten. „Normalerweise würde eine infizierte Zelle Selbstmord, Apoptose, begehen“, so Horn. Die pathogenen Chlamydien können diesen Weg gezielt ausschalten. Sie halten damit ihre Wirtszelle so lange am Leben, bis sie sich ausreichend vermehrt haben. So können sie sich im Gewebe ausbreiten. Wie sie das genau machen, ist noch nicht bekannt.

Eines ist aber durch Experimente mit Insektenzellen deutlich geworden, Umweltchlamydien besitzen diese Eigenschaft nicht. „Ist auch nicht notwendig“, führt Horn aus. „Für das Leben in einzelligen Amöben brauchen sie diese spezielle Fähigkeit nicht.“ Denn von diesen asexuellen Einzellern kennt man kein zelluläres Selbstmordprogramm.

Barbara Sixt ging im Zuge ihrer von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften geförderten Dissertation noch einen Schritt weiter. Sie hemmte in Insektenzellen den Apoptosevorgang künstlich. „Eine bestimmte Gruppe von Enzymen, sogenannte Caspasen, sind besonders wichtig für die Apoptose. Wir haben ihre Aktivität künstlich gehemmt und konnten beobachten, dass sich dann auch jene Chlamydien sehr effektiv in den Insektenzellen vermehren konnten, die in natura eigentlich nur Einzeller als Wirte infizieren“, so Barbara Sixt über ihre Ergebnisse. Ob sich diese Vorgänge auch in Zellen von Säugetieren nachweisen lassen, werden die Folgeexperimente zeigen.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 24.06.2012)