Tannerella forsythia und Wirtsantwort auf orale Biofilme

1) Projekttitel. Modulation der Interaktionen zwischen Zahnplaque und dem Immunsystem durch den Periodontitis- Erreger Tannerella forsythia 2) Inhalte des Forschungsprojekts. Wie viele Organe des menschlichen Körpers ist die Mundhöhle von Bakterien besiedelt. Diese Bakterien sind zumeist vorteilhaft für den Menschen und ihre Ausprägung wird durch das Wirtsimmunsystem kontrolliert. Gewinnen jedoch bestimmte orale Bakterien überhand, kann das zur Entstehung von Periodontitis führen. Dies ist die weltweit häufigste bakterielle Infektionskrankheit unter der adulten Bevölkerung, die unbehandelt zu Zahnausfall führt. Zumeist geht Periodontitis mit einer erhöhten Anzahl der pathogenen Bakterien des "roten Komplexes" - Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola und Tannerella forsythia im oralen Biofilm (Zahnplaque) einher. Diese Bakterien haben spezifische Virulenzfaktoren, die ihnen die Besiedelung der Mundhöhle ermöglichen, wo sie zum Abbau von Gewebe beitragen. Jüngste Studien haben gezeigt, dass P. gingivalis das Immunsystem manipulieren kann, wodurch die Interaktion zwischen der oralen Mikroflora als Ganzer und dem Immunsystem verändert wird. Dieser Umstand wird als entscheidend für die Entstehung von Periodontitis erachtet. 3) Hypothese. Es ist nicht bekannt, ob auch die anderen Bakterien des "roten Komplexes" manipulativ auf das Wirts- immunsystem wirken können. Basierend auf jüngsten eigenen Daten, postulieren wir T. forsythia als vielversprechendes Bakterium für Forschung in diese Richtung. 4) Methoden. Zur Testung unserer Hypothese haben wir einen zellbiologisch-mikrobiologischen Ansatz gewählt. Wir werden ein Biofilmmodell aus fünf kommensalen Bakterien etablieren, in das wir T. forsythia einbauen. Wir werden die Reaktionen verschiedener humaner Zellen, die an der Immunantwort auf Biofilme beteiligt sind charakterisieren und sie mit den durch den kommensalen Biofilm verursachten vergleichen, um gezielt Effekte dieses Bakterium zu erfassen. Dafür werden wir verschiedene Ko- Kulturmodelle von Biofilm und Zellen etablieren. Konkret werden wir die Immunantwort von Epithelzellen, Neutrophilen, Makrophagen und Zellen der Mundschleimhaut, welche die erste Abwehrline unseres Körpers gegen bakterielle Infektionen darstellen, untersuchen. Es werden verschiedene Funktionsparameter für die Wirtsimmunantwort und die Kontrolle des mikrobiellen Wachstums bestimmt. 5) Neuheitswert und Relevanz des Projekts. Die Ergebnisse dieses interdisziplinären Projekts werden zeigen, inwiefern T. forsythia die Wirts- immunabwehr manipulieren und das Gleichgewicht zwischen der oralen Mikroflora und dem Immun- system beeinflussen kann. Das Projekt kann wegweisend für therapeutische und prophylaktische Ansätze zur Behandlung von Periodontitis sein. Darüber hinaus können neu gewonnene Facetten über Bakterien-Wirts-Interaktion allgemein zu einem besseren Verständnis der Besiedelung unseres Körpers durch Bakterien beitragen.

Unsere Mundhöhle ist, wie auch andere Körperregionen, von einer Vielzahl unterschiedlicher Mikroorganismen besiedelt. Das Immunsystem hält diese Bakterien normalerweise in Schach, und die meisten von ihnen sind für unsere Gesundheit sogar von Nutzen. Manchmal gerät dieses Gleichgewicht jedoch aus den Fugen, was zu Parodontitis führen kann-einer der häufigsten Infektionskrankheiten bei Erwachsenen in westlichen Ländern, die Entzündungen und fortschreitende Schäden am Zahnfleisch und am zahntragenden Gewebe verursacht. Parodontitis wird typischerweise mit einem Bakterien-Trio in Verbindung gebracht, das als "Roter Komplex" bekannt ist: Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola und Tannerella forsythia. Frühere Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass P. gingivalis aktiv in das menschliche Immunsystem eingreifen kann, um sich einen Vorteil zu verschaffen und sich dauerhaft in der Mundhöhle zu etablieren. In diesem Projekt untersuchten wir, ob T. forsythia, ein Mitbewohner von P. gingivalis, über eine ähnliche Fähigkeit verfügt und ob diese von Wechselwirkungen mit anderen Bakterien abhängt. Um diese Frage zu beantworten, verwendeten wir zwei sich ergänzende Strategien. Zunächst entwickelten wir einen künstlichen "Mini-Biofilm" aus fünf in der Mundhöhle natürlich vorkommenden, harmlosen Bakterien und führten T. forsythia in diese Gemeinschaft ein. Wir verglichen, wie menschliche Zellen auf den Biofilm mit und ohne dieses Bakterium reagierten. Zweitens infizierten wir mehrere Zelltypen, die die erste Verteidigungslinie des Körpers gegen orale Bakterien bilden-darunter Zahnfleischzellen, Neutrophile, Makrophagen sowie Zellen des Zahnhalteapparats- it T. forsythia, entweder allein oder gemeinsam mit anderen Parodontitis-Bakterien wie P. gingivalis und Fusobacterium nucleatum. Wir fanden heraus, dass T. forsythia eine eigenständige Immunantwort auslöst, die sich deutlich von jener anderer Parodontitis-Bakterien unterscheidet. Bemerkenswerterweise war die Immunantwort bei einer Kombination von T. forsythia mit P. gingivalis deutlich stärker als bei jedem der beiden Bakterien allein, was darauf hindeutet, dass die Erreger zusammenwirken, um Entzündungsprozesse zu verstärken. Zudem entdeckten wir, dass T. forsythia seinen Stoffwechsel und die Produktion schädlicher Substanzen an seine Umgebung anpassen kann und dabei aggressiver wird, sobald andere Bakterien in seiner Nähe sind. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass T. forsythia kein passiver Mitläufer ist, sondern ein aktiver Akteur, der sich mit anderen Bakterien zusammentun kann, um das Immunsystem zu manipulieren und Zahnfleischerkrankungen zu verschlimmern. Ein tieferes Verständnis dieser Partnerschaften eröffnet neue Ansätze für verbesserte Behandlungs- und Präventionsstrategien gegen Parodontitis-eine weit verbreitete Erkrankung, die auch mit Erkrankungen am Herzen und an den Gelenken in Verbindung gebracht wird.