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Stoffwechsel von Bakterien

Warum Magnesiummangel gut gegen Magen-Darm-Grippe ist

| Autor/ Redakteur: Dr. Katrin Bühler* / Christian Lüttmann

Unser Körper bekämpft Krankheitserreger mit einem Arsenal an Methoden. So drosselt beispielsweise eine erkrankte Zelle die Versorgung mit Magnesium, um die Eindringlinge in Schach zu halten. Dabei ist eine spezielle „Pumpe“ in den Zellen von Bedeutung, wie Forscher der Universität Basel nun gezeigt haben.

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Elektronenmikroskopische Aufnahme einer mit Salmonellen (rot) infizierten Fresszelle (blau).
Elektronenmikroskopische Aufnahme einer mit Salmonellen (rot) infizierten Fresszelle (blau).
(Bild: Universität Basel, Biozentrum)

Basel/Schweiz – Wenn Krankheitserreger einen Organismus befallen, ruft das sofort das Immunsystem auf den Plan, welches die Bakterien bekämpft. Um den patrouillierenden Abwehrzellen zu entkommen, nisten sich einige Bakterien in den Zellen des Wirts ein. Der Wirt hat jedoch Strategien entwickelt, um die im Zellinneren versteckten Keime in Schach zu halten.

Wie Prof. Dirk Bumann und sein Team am Biozentrum der Universität Basel nun herausgefunden haben, ist Magnesium entscheidend für das Bakterienwachstum im Zellinneren. Magnesiummangel bedeutet Stress für die Bakterien. Die Erreger hören auf zu wachsen und sich zu vermehren. Um diesen Magnesiummangel zu erzeugen, nutzt die Wirtszelle eine spezielle Pumpe: Das Transportprotein NRAMP1.

Magnesiumpumpe stoppt Krankheitserreger

„Man weiß schon seit langem, dass NRAMP1 mit der Widerstandsfähigkeit gegen Infektionen in Verbindung steht. Doch das Wie und Warum, waren nie ganz klar“, sagt Bumann. Deshalb haben die Forscher in ihrer Studie Salmonellen untersucht, die unter anderem Magen-Darm-Grippe und Typhus verursachen. Sie nisten sich in kleinen Einschlüssen in den Fresszellen des Immunsystems ein.

Ob und wie schnell sich die Salmonellen in den Einschlüssen vermehren und sich schließlich weiterverbreiten, hängt stark von der Funktionstüchtigkeit des NRAMP1-Transporters ab. „Wir waren sehr von der Tatsache überrascht, dass dieses Transportprotein Magnesiumionen aus den Zelleinschlüssen herauspumpt und die Salmonellen so ruhigstellt. Das ist ein ganz neuer, unerwarteter Mechanismus“, kommentiert der Studienleiter.

Magnesium als Achillesferse

Magnesium ist ein zentraler Bestandteil vieler Stoffwechselenzyme, daher schrauben die Bakterien bei einem Mangel ihren Stoffwechsel herunter und verlangsamen ihr Wachstum. „Magnesium ist für intrazelluläre Erreger die Achillesferse. Je weniger davon vorhanden ist, desto mehr lechzen sie danach. Die Bakterien geraten in Alarmbereitschaft und aktivieren ihrerseits alle Aufnahmesysteme für Magnesium. Trotzdem schaffen sie es nicht, genug davon zu bekommen“, erklärt Bumanns Kollege und Erstautor Oliver Cunrath. „Ist die Pumpe in den Wirtszellen hingegen defekt, haben die Salmonellen genügend Magnesium, um schnell zu wachsen.“

Transporter beeinflusst Widerstandskraft des Wirtes

Die Funktionstüchtigkeit von NRAMP1 spiegelt sich in der Anfälligkeit für Infektionen wider. Tiere und Menschen, die nur wenig NRAMP1 bilden, sind empfindlicher gegenüber verschiedenen intrazellulären Erregern. Fehlt dieser Transporter völlig, verläuft die Infektion bereits bei einer sehr geringen Erregerzahl tödlich.

Den Erregern durch eine magnesiumarme Ernährung das Spurenelement zu verwehren, ist zwar keine Option, da auch der Mensch auf Magnesium angewiesen ist, das viele wichtige Stoffwechselfunktionen erfüllt. Aber man könnte mit neuen Medikamenten den Magnesiumhaushalt der Bakterien zusätzlich stören und die Erreger so noch stärker ausbremsen. Damit würde man dem Erkrankten einen entscheidenden Vorteil verschaffen, um die Infektion zu besiegen.

Originalpublikation: Olivier Cunrath and Dirk Bumann: Host resistance factor SLC11A1 restricts Salmonella growth through magnesium deprivation, Science, 22 Nov 2019: Vol. 366, Issue 6468, pp. 995-999; DOI: 10.1126/science.aax7898

* Dr. K. Bühler, Biozentrum, Universität Basel/Schweiz

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