Mukoviszidose-Forschung: der Biofilm-Bildung von S. aureus auf der Spur

Okt 5, 2023 | Pressemitteilungen

Mukoviszidose-Forschung: der Biofilm-Bildung von S. aureus auf der Spur

Bonn/Münster – Die Bildung von Biofilmen und die Entwicklung von mukoiden Formen macht Staphylococcus aureus in der Lunge von Mukoviszidose-Patienten schwer therapierbar. Ein Verständnis der molekularen Mechanismen und genetischen Hintergründe einer übermäßigen Biofilm-Bildung des Bakteriums kann neue Therapieoptionen sowie wirkungsvollere Medikamente für die chronische S.-aureus-Infektion bei Betroffenen der Stoffwechselkankheit erschließen. Diesem Thema widmet sich die Arbeitsgruppe um Dipl.-Ing. Christine Rumpf vom Institut für Medizinische Mikrobiologie der Universität Münster in ihrem aktuellen Forschungsprojekt. Der Mukoviszidose e.V. fördert das Projekt mit rund 112.000 Euro.

Biofilm-Bildung wird vermutlich durch Umgebungsbedingungen beeinflusst

Viele Menschen mit Mukoviszidose haben chronische Infektionen mit dem weitverbreiteten Keim Staphylococcus aureus (S. aureus), der sowohl symptomlos vorkommen, aber auch schwere Lungenentzündungen verursachen und über lange Zeit in den Atemwegen überleben kann. Diskutiert wird in der Forschung auch, ob der Keim ein Wegbereiter für andere Erreger ist, die den Verlauf der auch Cystische Fibrose (CF) genannten Krankheit verschlechtern können (z.B. Pseudomonas aeruginosa).
Eine große Herausforderung bei der Behandlung von Infektionen mit S. aureus ist seine Fähigkeit, Biofilme zu bilden und sich zu mukoiden Formen zu entwickeln. Die Mechanismen, die zur Entstehung der mukoiden Formen führen, sind bislang eher wenig untersucht. Der Biofilm bildet sich wahrscheinlich abhängig von den vorherrschenden Umgebungsbedingungen in der Lunge von Menschen mit Mukoviszidose, wie der Verfügbarkeit von Nahrungsstoffen, Sauerstoff, dem pH-Wert und der Immunzellaktivität.

Übermäßig viel Biofilm durch genetische Veränderung

Die Arbeitsgruppe um Rumpf hat kürzlich eine besondere Form mukoider S.-aureus-Isolate entdeckt, die übermäßig viel Biofilm produzieren und eine genetische Besonderheit aufweisen: Hier fehlen fünf Bausteine in der DNA eines bestimmten Bereiches, wodurch die überschießende Biofilmbildung verursacht wird (5bp-Deletion). Diese S.-aureus-Form tritt insbesondere bei Menschen mit Mukoviszidose auf, sie ist aber hinsichtlich ihrer klinischen Bedeutung noch nicht charakterisiert – möglicherweise verschaffen sich die Bakterien hierdurch einen Überlebensvorteil, der es ihnen ermöglicht, langfristig in der Lunge von CF-Betroffenen zu verbleiben. Hier setzen die Forschenden an mit dem Ziel, die molekularen Mechanismen und genetischen Veränderungen zu untersuchen, die zur Entstehung von mukoiden und übermäßig Biofilme-bildenden S.-aureus-Formen führen. Außerdem soll geklärt werden, welche Umgebungsbedingungen (z.B. viel/wenig Salz, verschiedene pH-Werte, Anwesenheit von Pseudomonas aeruginosa oder Immunzellen, etc.) dieses Verhalten auslösen und wie diese S.-aureus-Formen mit den Lungenepithelzellen und Immunzellen interagieren.

Molekulares Verständnis der Biofilm-Bildung eröffnet neue Therapieoptionen

Diese grundlegende Erforschung der molekularen Hintergründe der Bildung von mukoiden und übermäßig Biofilm-bildenden S.-aureus-Formen, die eine erfolgreiche Bekämpfung der Keime erschweren, legt den Grundstein, um neue Therapieoptionen sowie wirkungsvollere Medikamente für die chronische S.-aureus-Infektion in den Atemwegen von Menschen mit Mukoviszidose zu entwickeln.

Mit seiner Forschungsförderung unterstützt der Mukoviszidose e.V. ein breites Spektrum an Projekten von der medizinischen Grundlagenforschung bis hin zu klinischen Studien, um Therapieoptionen und Lebensqualität für Betroffene zu verbessern. In Deutschland sind mehr als 8.000 Kinder, Jugendliche und Erwachsene von der unheilbaren Erbkrankheit betroffen. Durch eine Störung des Salz- und Wasserhaushalts im Körper bildet sich bei Mukoviszidose-Patienten ein zähflüssiges Sekret, das Organe wie die Lunge und die Bauchspeicheldrüse irreparabel schädigt. Jedes Jahr werden in Deutschland etwa 150 bis 200 Kinder mit der seltenen Krankheit geboren.