Zusammenfassung:
Ein Forschungsteam am University of Utah Health Center in den Vereinigten Staaten hat herausgefunden, dass Bakterien feststellen können, ob sie befallen sind, indem sie eine Enzymaktivität erkennen, die für das Virus selbst notwendig ist, und dadurch ein starkes Immunabwehrsystem aktivieren. Diese Entdeckung deckt nicht nur einen wichtigen Zusammenhang im bakteriellen antiviralen Mechanismus auf, sondern soll Wissenschaftlern auch dabei helfen, wirksamere Phagentherapien zu entwickeln, um das wachsende Problem der Antibiotikaresistenz zu bekämpfen. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.
In den letzten Jahren haben virale Phagen, die speziell Bakterien infizieren, in der medizinischen Fachwelt große Aufmerksamkeit erregt. Da Phagen Bakterien präzise angreifen können, ohne menschliche Zellen zu schädigen, gelten sie als wichtiges Instrument bei der künftigen Behandlung hartnäckiger bakterieller Infektionen, insbesondere vor dem Hintergrund, dass immer mehr Krankheitserreger gegen bestehende Antibiotika resistent werden. Allerdings sind Bakterien nicht schutzlos. Sie verfügen außerdem über ein komplexes Immunsystem, das eine Phageninfektion verhindert. Die Untersuchung dieser Abwehrmechanismen gilt als wichtiger Schritt zur Förderung der Entwicklung der Phagentherapie.
Die Forscher entdeckten dieses Mal, dass die Art und Weise, wie Bakterien eine Virusinvasion erkennen, anders ist als bisher angenommen. Bisher ging man allgemein davon aus, dass Bakterien Angreifer vor allem durch die Wahrnehmung fremden viralen Erbguts erkennen. Neue Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass Bakterien auch Aktivitätssignale erkennen können, die von Viren erzeugt werden, wenn sie ihre eigenen Aufgaben ausführen. Konkret spaltet ein für das Virus notwendiges Enzym ein wichtiges Sensormolekül im Inneren der Bakterien, und dieser Vorgang löst stattdessen ein Alarmsignal aus, das es den Bakterien ermöglicht, schnell eine Immunantwort auszulösen.
Sam Hobbs, Erstautor der Studie und Assistenzprofessor für Biochemie am University of Utah Health Center, sagte, dass dies eine der häufigsten Formen der Immunität bei Bakterien sei, und als das Team endlich seinen Arbeitsmechanismus entschlüsselte, hatte jeder das Gefühl, einen „Aha-Moment“ erlebt zu haben.
Diese Studie konzentrierte sich auf ein bakterielles Immunsystem namens CBASS. Wenn das System aktiviert wird, verfolgen die Bakterien eine extreme „Selbstaufopferungs“-Strategie. Bevor das Virus seine Replikation abschließt und sich auf umliegende Bakterien ausbreitet, sterben die infizierten Zellen aktiv ab und unterbrechen so die Virusübertragungskette. Da diese Abwehr direkt zum Tod der Wirtszelle führt, muss das System äußerst genau sein, um eine echte virale Bedrohung zu erkennen, bevor sie aktiviert wird.
Das Forschungsteam stellte fest, dass das CBASS-System auf ein wichtiges Werkzeug abzielt, auf das der Virus zum Überleben angewiesen ist. Einige Phagen produzieren Enzyme, sogenannte Proteasen, die Proteine schneiden und abbauen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass virale Proteasen direkt auf bestimmte Proteine in Wirtsbakterien einwirken und dieser Prozess zu einem Schlüsselschalter bei der Aktivierung des gesamten Immunsignalwegs wird. Mit anderen Worten: Die Waffen, mit denen das Virus seine Angriffe startet, haben seine eigene Existenz entlarvt.
Die Forscher glauben, dass dieser Mechanismus ein äußerst cleveres biologisches Spiel darstellt. Bakterien müssen die sich ständig verändernden Viren nicht direkt selbst identifizieren, sondern müssen stattdessen die kritischen Schritte überwachen, die Viren während einer Infektion unweigerlich ausführen. Sobald diese Schritte durchgeführt werden, ist das Immunsystem bereit, sofort zu reagieren.
Wissenschaftler sagen, dass ein tieferes Verständnis darüber, wie Bakterien Phagen erkennen und ihnen widerstehen, nicht nur dabei helfen wird, neue therapeutische Phagen zu entwickeln, die das bakterielle Immunsystem umgehen können, sondern auch Forschern dabei helfen wird, die Immunstrategien zu erforschen, die sich im Laufe der langfristigen Evolution des Lebens bilden. Da sich die Krise der Antibiotikaresistenz weiter ausweitet, könnte diese Art der Forschung in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Entwicklung alternativer Behandlungsmethoden spielen.
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