Bakterielles Eiweißfragment tötet Lungenzellen bei Lungenfibrose, so die Ergebnisse der Studie.

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Ein bakterielles Eiweißfragment löst bei der Lungenfibrose, einer mysteriösen Krankheit, von der Millionen von Menschen weltweit betroffen sind, den Tod des Lungengewebes aus. Dies geht aus einer neuen Studie von Forschern der University of Illinois at Urbana-Champaign und der Mie University in Japan hervor.

Unter der Leitung des Illinois-Professors für Mikrobiologie und Tierwissenschaften Isaac Cann und des Immunologie-Professors der Mie-Universität Dr. Esteban Gabazza veröffentlichten die Forscher ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Communications. Cann und Gabazza sind Partner des Carl R. Woese Institute for Genomic Biology in Illinois.

Wir haben salzliebende Bakterien in den Lungen von Patienten mit Lungenfibrose entdeckt, und diese Bakterien scheiden ein Peptid aus, das die Lungenzellen, die sie berühren, für den Tod markiert”.

Isaac Cann, Professor, Universität von Illinois in Urbana-Champaign

Bei Menschen mit Lungenfibrose wird das Lungengewebe zunehmend vernarbt und versteift, mit einer Prognose von nur drei bis fünf Lebensjahren nach der Diagnose. Bestimmte Umweltfaktoren, Infektionen oder Medikamente sind mit dem Ausbruch der Krankheit verbunden; die Mehrzahl der Fälle ist jedoch unbekannter Herkunft. Diese mysteriösen Fälle werden als idiopathische Lungenfibrose bezeichnet. Etwa 50.000 Patienten in den USA sterben jedes Jahr an IPF – mehr als an Brustkrebs, so die IPF-Stiftung.

Die Krankheit schreitet langsam voran, bis ein Patient eine rasche Verschlechterung der Atmung und den Verlust der Lungenfunktion erlebt, eine Phase, die als akute Exazerbation bezeichnet wird. Doch die Ärzte wissen nicht, was bei einer stabilen Patientin eine akute Exazerbation auslöst.

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“Mehr als die Hälfte der Patienten mit IPF stirbt aufgrund einer akuten Exazerbation der Krankheit”, sagte Gabazza. Von denjenigen, die eine akute Exazerbation überleben, leben nur 50% länger als vier Monate, so Gabazza.

Frühere Studien haben gezeigt, dass sich bestimmte Bakterien, wie Halomonas-, Staphylococcus- und Streptococcus-Stämme, in den Lungen von IPF-Patienten vermehren, wahrscheinlich als Folge hoher Salzmengen in der Lungenschleimhaut der Patienten. Die Forscher fragten sich, ob die Bakterien eine Rolle bei der akuten Exazerbation spielten, also züchteten sie Bakterien, die mit fibrotischem Lungengewebe assoziiert sind, in einer salzhaltigen Umgebung und untersuchten, was die Bakterien absonderten.

Sie fanden ein kleines Peptid, das von Staphylococcus nepalensis abgesondert wird und die Lungenzellen schnell abtötet. Das Peptid nannten sie Corisin.

Um zu bestätigen, dass Corisin der verschlimmernde Übeltäter war, führte Gabazzas Gruppe ein Experiment an Mäusen mit IPF durch. Sie verglich Mäuse, denen Corisin selbst verabreicht wurde, mit Mäusen, die mit dem Corisin absondernden Staphylococcus nepalensis infiziert waren, mit Mäusen, die mit einem Staphylokokkenstamm infiziert waren, der kein Corisin absonderte, und mit einer unbehandelten Kontrollgruppe. Sie stellten fest, dass die Mäuse, denen Corisin oder das Corisin-sezernierende Bakterium verabreicht wurde, viel stärkere Anzeichen einer akuten Exazerbation zeigten.

Sie untersuchten auch Lungengewebeproben von menschlichen Patienten und stellten fest, dass diejenigen, die eine akute Exazerbation erlitten hatten, einen höheren Corisinspiegel in der Lunge aufwiesen.

Cann’s Gruppe durchsuchte dann das Genom von Staphylococcus nepalensis, um herauszufinden, woher das Corisin stammt. Sie fanden heraus, dass es sich um ein Fragment handelt, das aus einem größeren Protein herausgeschnitten wurde. Sie testeten das größere Protein an Lungengewebe und stellten fest, dass es nicht die zerstörerischen Eigenschaften des Fragments hatte.

“Es ist wie ein Trojanisches Pferd”, sagte Cann. “Jeder, der versucht, das große Protein zu charakterisieren, um herauszufinden, was es tut, würde nie wissen, dass es dieses zerstörerische Element in sich verborgen hat. Die Mikrobe stellt das Polypeptid her, und dann schneidet sie dieses kleine Stückchen davon, das Corisin, heraus, und das ist sehr tödlich.”

Als nächstes hoffen die Forscher, das Enzym zu identifizieren, das das Corisin aus seinem größeren Protein herausschneidet. Sie wollen Mittel schaffen, um es zu blockieren – und damit die Tür des Trojanischen Pferdes effektiv verriegeln. Sie wollen auch herausfinden, welche anderen Bakterienstämme Corisin oder ähnliche Peptide produzieren, und andere Arten von Fibrose, etwa in Nieren und Leber, untersuchen, um herauszufinden, ob Corisin oder andere bakterielle Erreger bei diesen Krankheiten eine Rolle spielen.

“Zu wissen, dass eine Ursache der akuten Verschlimmerung ein von Bakterien abgeleiteter Faktor ist, gibt uns einen kampfbereiten Feind”, sagte Gabazza. “Auf der Seite der Patienten könnte diese neue Entdeckung den psychologischen Stress beim Kampf gegen einen ‘unbekannten Eindringling’ mildern, während auf der Seite der Ärzte die Entwicklung von Strategien für die Behandlung und die Entdeckung von Medikamenten angeregt werden kann.

Die Ergebnisse könnten auch wichtige Auswirkungen auf die aktuelle Coronavirus-Pandemie haben, da einige Patienten nach der Genesung von COVID-19 eine Lungenfibrose entwickeln könnten, ähnlich wie die Fibrose, die bei einigen Patienten nach dem Ausbruch des SARS-Coronavirus beobachtet wurde, sagten Cann und Gabazza.

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