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Einsichten in die Verbreitung von Legionellen

Warum Legionellen es in Amöben schwer haben

| Autor / Redakteur: Stephan Brodicky* / Christian Lüttmann

Lena König, Erstautorin der Studie und Doktorandin am Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft, untersucht die Wechselwirkungen zwischen bakteriellen Endosymbionten und dem Krankheitserreger Legionella pneumophila.
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Lena König, Erstautorin der Studie und Doktorandin am Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft, untersucht die Wechselwirkungen zwischen bakteriellen Endosymbionten und dem Krankheitserreger Legionella pneumophila. (Bild: privat)

Legionellen sind die Erreger von Lungenerkrankungen. Bevor sie den Menschen infizieren können, vermehren sie sich in Einzellern wie Amöben. Doch dort stoßen die Krankheitserreger mitunter auf Widerstand. Dies hat nun ein internationales Team mit Beteiligung der Universität Wien näher untersucht und dabei neue Erkenntnisse in die Lebensweise von Legionellen erhalten.

Wien/Österreich – Legionellen sind Bakterien, die bei Menschen grippeartige Beschwerden oder Lungenentzündungen hervorrufen können. Für Erkrankte mit geschwächtem Immunsystem kann eine solche Legionellen-Pneumonie lebensbedrohlich sein. Die verbreitetste Form der Legionellen ist Legionella pneumophila, die in den 2000er Jahren weltweit stetig mehr Menschen angesteckt hat. Der letzte große Ausbruch in Europa ereignete sich im September 2018 in der italienischen Stadt Brescia. Über 400 Patienten erkrankten an Lungenentzündung und wurden im Krankenhaus behandelt.

Der natürliche Lebensraum der Legionellen sind Sedimente von Seen und Flüssen, sie kommen aber auch in Wasserleitungssystemen vor. „Dort vermehren sie sich in Einzellern, die sie anschließend zerstören. Genau diese Eigenschaft erlaubt Legionellen auch die Infektion des Menschen. Zur Erkrankung kommt es in der Regel erst nachdem sich Legionellen in Einzellern vermehrt haben“, erklärt Dr. Matthias Horn vom neu gegründeten Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft an der Universität Wien, der das Leben der Legionellen in Einzellern untersucht hat – gemeinsam mit seinem Team und Wissenschaftlern des französischen Institut Pasteur und der University of Michigan in den USA.

Bakterieller Schutz

Dass Bakterien sich in Einzellern niederlassen ist keine Seltenheit. Viele Einzeller beherbergen andere Bakterien, darunter auch harmlose Endosymbionten, die ihren Wirten – im Gegensatz zu Legionellen – nicht schaden. Die Forscher um Horn haben nun herausgefunden, dass die Endosymbionten ihren Wirtseinzellern sogar gegen gefährliche Erreger helfen. Denn sie beeinflussen maßgeblich, wie gut sich Legionellen vermehren und verbreiten können.

In zahlreichen Experimenten haben die Forscher nachgewiesen, dass Legionellen sich weniger gut in Amöben vermehren, wenn diese Endosymbionten enthalten. Die meisten Amöben mit Endosymbionten überlebten sogar die ansonsten tödliche Infektion mit Legionellen. „Jene Bakterien, die sich vorher in Amöben mit Endosymbionten vermehrt hatten, waren deutlich weniger infektiös, konnten also weit weniger effizient neue Amöben attackieren“, berichtet Lena König, Erstautorin der Studie und Doktorandin im Arbeitskreis Horn.

Kampf um Nahrung schwächt die Legionellen

Legionellen (pink eingefärbt) vermehren sich bevorzugt in Amöben (hellblau). Diese ca. 50 µm großen Einzeller beherbergen häufig bakterielle Endosymbionten (grün), die das Wachstum der Legionellen hemmen. Auf diese Weise schützen sie die Amöben und tragen zur Reduktion der Verbreitung der Legionellen in der Umwelt bei.
Legionellen (pink eingefärbt) vermehren sich bevorzugt in Amöben (hellblau). Diese ca. 50 µm großen Einzeller beherbergen häufig bakterielle Endosymbionten (grün), die das Wachstum der Legionellen hemmen. Auf diese Weise schützen sie die Amöben und tragen zur Reduktion der Verbreitung der Legionellen in der Umwelt bei. (Bild: Cecilia Wentrup)

Was genau passiert in Amöben, die zeitgleich Endosymbionten beherbergen und von Legionellen infiziert werden? Um das besser zu verstehen, haben sich die Wissenschaftler die Genexpression beider Bakterien genauer angesehen. „Die RNA-Sequenzierung erlaubt Rückschlüsse auf biologische Ereignisse, die sich innerhalb der Einzeller abspielen“, erklärt Cecilia Wentrup, die als Postdoktorandin am Projekt mitgearbeitet hat.

Welche Erklärung die Forscher dabei für die verringerte Infektiosität der Legionellen gefunden haben, schildert Doktorandin König: „Die Legionellen scheinen den natürlichen Endosymbionten der Amöben in der Konkurrenz um Nährstoffe zu unterliegen, die beide von den Einzellern benötigen.“ Die Folge aus diesem Kampf um Ressourcen: Legionellen vermehren sich langsamer und können die notwendigen Faktoren für die Infektion von Amöbe und Mensch nicht produzieren. Die Krankheitserreger sind beispielsweise nicht beweglich und es fehlen ihnen wichtige Speicherstoffe.

Neuer Schnelltest: Wasser minutenschnell auf gefährliche Legionellen untersuchen

Legionärskrankheit

Neuer Schnelltest: Wasser minutenschnell auf gefährliche Legionellen untersuchen

17.04.18 - Legionellen sind stäbchenförmige Bakterien, die beim Menschen eine lebensgefährliche Lungenentzündung auslösen können. Sie vermehren sich in warmem Wasser. Bei einem Ausbruch der Legionärskrankheit ist es wichtig, so schnell wie möglich die genaue Quelle zu finden, um weitere Infektionen zu verhindern. Bei bisherigen Tests auf Legionellen dauert es Tage, bis eine genaue Analyse vorliegt. Ein Forschungsteam der TU München hat nun einen Schnelltest entwickelt, der dies in rund 35 Minuten kann. lesen

Nicht nur unter Laborbedingungen relevant

Was die Forscher besonders spannend fanden war, dass sie den Wachstumsstopp der Legionellen nicht nur mit den üblicherweise verwendeten Laborstämmen beobachteten. Auch in Experimenten mit frisch aus der Umwelt gewonnenen Amöben sowie kürzlich isolierten Legionellen fanden sie vergleichbare Ergebnisse.

Endosymbionten von Amöben sind also nicht nur unter Laborbedingungen, sondern vermutlich auch in der Umwelt ein wichtiger Faktor bei der Vermehrung und Verbreitung von Legionellen. Dies erscheint insbesondere deshalb interessant, da die meisten Einzeller unter natürlichen Bedingungen bakterielle Symbionten tragen. Die aktuelle Studie hilft damit, die Lebensweise dieser bakteriellen Krankheitserreger in der Umwelt besser zu verstehen.

Originalpublikation: Lena König, Cecilia Wentrup, Frederik Schulz, Florian Wascher, Sarah Escola, Michele S. Swanson, Carmen Buchrieser, Matthias Horn: Symbiont-mediated defense against Legionella pneumophila in amoebae. American Society for Microbiology, Received February 6, 2019; DOI: 10.1128/mBio.00333-193

* S. Brodicky, Universität Wien, 1010 Wien/Österreich

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