Molekulare Mechanismen der Virulenz enteropathogener Escherichia coli

Escherichia coli gehört zu der Vielzahl an Bakterienarten, die die normale Darmflora von Mensch und Tier zusammensetzt. Neben diesen harmlosen Darmbewohnern, die apathogen sind, gibt es bestimmte E. coli-Varianten, die intestinale und extraintestinale Erkrankungen hervorrufen. Heute werden mindestens fünf Gruppen darmpathogener E. coli mit charakteristischen klinischen und epidemiologischen Besonderheiten unterschieden, die traditionell mit bestimmten Serotypen assoziiert werden. Eine dieser fünf Gruppen sind die sog. enteropathogenen E. coli (EPEC}, die bereits lange Zeit als säuglingspathogene "Dyspepsie-Coli" bekannt sind und als häufigste Erreger der Säuglingsenteritis weltweit vorkommen. Sie sind dadurch charakterisiert, daß sie im Dünn- und Dickdarmepithel die sog. "attaching and effacing"-Läsion (A/E-Läsion) auslösen, die durch eine Zerstörung des Bürstensaums der Darmmukosa-Zellen aufgrund von Mikrovilli-Verlust ("effacement") gekennzeichnet und offensichtlich Ursache für die beobachtete wäßrige Durchfallerkrankung ist. An diesen "attachment and effacing"- Prozessen sind sowohl Plasmid-kodierte bündelbildende Pili (BFP) als auch chromosomal kodierte Adhäsine (Intimin) und Signaltransduktionsmoleküle beteiligt, wobei die enge Anlagerung der Bakterien ("attachment") an die Zelloberfläche eine Signalkaskade in der Epithelzelle in Gang setzt, die Tyrosin-spezifische Proteinkinasen und eine Erhöhung der Konzentration an freien Calcium-lonen im Cytoplasma involviert. Diese Signale bewirken eine Reorganisation des Cytoskeletts der Epithelzelle, die für eine Internalisierung von EPEC essentiell ist. Sie ist charakterisiert auch ein Verschwinden der Mikrovilli um die Anheftungsstelle der Bakterien, die Ausbildung eines "Sockels", auf dem das anhaftende Bakterium ruht, und die Anhäufung von Mikrofilamenten in diesem Sockel, direkt unter der Innenseite der Cytoplasmamembran der Epithelzelle. Während die Kenntnisse über die an der Entstehung von A/E-Läsionen beteiligten bakteriellen Faktoren in den vergangenen Jahren durch zahlreiche "in vitro"-Studien mit infizierten Epithelzellen, die im Labor kultiviert wurden, zugenommen haben, ist über ihre pathogenetische Bedeutung "in vivo" nur wenig bekannt. Um diese Wissenslücke zu schließen, sollen im Rahmen dieses Projektes am Kaninchen- Tiermodell zwei sezernierte, die intrazelluläre Signalübertragung vermittelnde bakterielle Proteine (EaeB und EspA) auf ihre Funktion als potentielle Virulenzfaktoren untersucht werden. Das Forschungsvorhaben fokussiert dabei auf einen für das Kaninchen pathogenen EPEC-ähnlichen E. coli-Stamm (RDEC) und involviert (a) die Herstellung und Charakterisierung von isogenen RDEC-Defektmutanten, bei denen der EaeB- und/oder EspA-Genlokus inaktiviert wird, sowie (b) elektronenmikroskopische und immunhistochemische Untersuchungen an Darmgewebeproben infizierter Tiere. Diese Untersuchungen lassen nicht nur eine Vertiefung des Grundlagenwissens bakterieller Virulenzmechanismen erwarten, sondern auch einen entscheidenden Durchbruch in der Entwicklung gezielter Präventions- und Therapiestrategien.