Wissenschaftler stoppen fleischfressende Krankheiten bei Mäusen
Das Bakterium, das die Hauptursache für nekrotisierende Fasziitis oder fleischfressende Krankheit ist, verursacht eine weit verbreitete, tödliche Infektion, indem es das Nervensystem dazu bringt, das Immunsystem daran zu hindern, es anzugreifen.
Ein Team, das von Wissenschaftlern der Harvard Medical School in Boston, MA, geleitet wurde, machte die überraschende Entdeckung, als es die krankheitsfördernde Taktik von studierte Streptococcus pyogenes bei Mäusen mit nekrotisierender Fasziitis.
Sie können über die Studie in einem Artikel lesen, der in Kürze in der Zeitschrift veröffentlicht wird Zelle, wo die Forscher auch zwei mögliche Behandlungen vorschlagen.
Sollten sie in Tier- und Humanstudien erfolgreich sein, könnten die Behandlungen von immensem Wert sein, um „hochinvasive bakterielle Infektionen“ einzudämmen.
"Nekrotisierende Fasziitis", erklärt der leitende Studienautor Isaac M. Chiu, Assistenzprofessor für Mikrobiologie und Immunbiologie an der Harvard Medical School, "ist eine verheerende Erkrankung, deren Behandlung nach wie vor äußerst schwierig ist und deren Sterblichkeitsrate unannehmbar hoch ist."
Fleischfressende Krankheit
Die fleischfressende Krankheit wird durch eine schwere bakterielle Infektion des Unterhautgewebes, des Gewebes, das direkt unter der Haut liegt, und der Faszie, des Gewebes, das die im Körper liegenden Organe bedeckt, verursacht.
Die Krankheit ist sehr selten; Jedes Jahr sind weltweit etwa 200.000 Menschen betroffen, darunter rund 1.200 Menschen in den USA.
Die Infektion, die durch verschiedene Arten von Bakterien verursacht werden kann, ist nicht leicht zu diagnostizieren und kann sich plötzlich entwickeln und schnell ausbreiten. Wenn sie nicht sofort behandelt werden, kann dies zu einem „Versagen mehrerer Organe und zum Tod“ führen, was in etwa 30 Prozent der Fälle der Fall ist.
Nach einer Verletzung sendet das Nervensystem ein Signal an das Gehirn und ein anderes an das Immunsystem. Das erste Signal löst Schmerzempfindungen aus und das zweite fordert das Immunsystem auf, sich zurückzuhalten.
Wissenschaftler schlagen vor, dass Neuronen oder Nervenzellen diese Fähigkeit haben, das Immunsystem anzuweisen, sich zurückzuhalten, um eine „Überentfaltung“ von Immunzellen zu verhindern, die zu „Kollateralschäden“ an gesundem Gewebe führen könnte.
Prof. Chiu interessierte sich dafür, wie diese Interaktion zwischen Nervensystem und Immunsystem bei fleischfressenden Krankheiten funktionieren könnte, als er entdeckte, dass betroffene Patienten häufig übermäßige Schmerzen hatten, die auftraten, bevor sich Symptome entwickelten.
Könnte es sein, dass das Bakterium diese natürliche Doppelreaktion auf Verletzungen irgendwie ausnutzte, um das Immunsystem zu seinem eigenen Vorteil zu unterdrücken?
Bakterielles Toxin löst eine Stummschaltung des Immunsystems aus
Um dies weiter zu untersuchen, entwickelten er und seine Kollegen ein Mausmodell für fleischfressende Krankheiten, indem sie den Tieren das Bakterium injizierten S. pyogenes Probenahme von infizierten menschlichen Patienten.
Mithilfe des Mausmodells entdeckten sie, dass ein vom Bakterium produziertes Toxin - bekannt als Streptolysin S - ein Auslöser für Schmerzen und die anschließende Stummschaltung des Immunsystems war.
In weiteren Tests injizierten sie Mäusen gentechnisch veränderte Bakterien, so dass sie das Toxin nicht produzieren konnten. Obwohl sie infiziert wurden, zeigten die Mäuse nicht die üblichen Schmerzen und die Infektion wurde auch nicht invasiv.
Die Forscher bestätigten die Rolle von Streptolysin S, indem sie die Fähigkeit zur Toxinproduktion in die modifizierten Bakterien zurückentwickelten und sie dann in dieselben Mäuse einführten. Die Infektion entwickelte sich zu einer „ausgewachsenen“ fleischfressenden Krankheit.
Das Team gab den Mäusen dann einen Antikörper, der das Toxin blockierte. Die Schmerzsymptome der Mäuse waren stark reduziert, was bestätigte, dass bakterielles Streptolysin S der Auslöser war.
Grundlegende molekulare Mechanismen
Die Forscher führten weitere Experimente durch, in denen sie die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen der Wechselwirkung zwischen Nervensystem und Immunsystem untersuchten.
In diesen entdeckten sie, dass Streptolysin S Neuronen dazu veranlasst, ein Schmerzsignal an das Gehirn zu senden. Dies löst auch ein weiteres Signal an das Immunsystem aus, das es veranlasst, einen Neurotransmitter oder chemischen Botenstoff, das als Calcitonin-Gen-verwandtes Peptid (CGRP) bezeichnet wird, abzuscheiden, der dann die Immunantwort zurückhält.
Sie fanden auch heraus, dass CGRP dies tut, indem es sowohl den Versand von Neutrophilen stoppt als auch ihre Fähigkeit blockiert, Bakterien an der Wundstelle abzutöten.
"Effektiv", bemerkt Prof. Chiu, "bringt dieses neuronale Signal das Alarmsystem zum Schweigen, das normalerweise die Infektionsbekämpfer des Körpers auffordert, Infektionen einzudämmen."
Er erklärt weiter, dass eine solche Reaktion angemessen ist, wenn eine Wunde sauber und nicht infiziert ist. Sie möchten nicht, dass das Immunsystem eindringt und gesundes Gewebe entzündet, um mit einer Infektion umzugehen, die nicht vorhanden ist.
Das Strep-Bakterium nutzt dies jedoch aus und ruft dieselbe Strategie auf, wenn die Wunde infiziert ist, sodass sich die Krankheit ungehindert entwickeln kann.
Patienten im Frühstadium einer nekrotisierenden Fasziitis verspüren häufig enorme Schmerzen, zeigen jedoch nicht die Symptome, die zu erwarten sind - wie Rötung, Schwellung und Entzündung.
Prof. Chiu und Kollegen schlagen jedoch vor, dass dies das ist, was Sie erwarten würden, wenn aus irgendeinem Grund die Neutrophilen, die die Entzündung hervorrufen und die Bakterien loswerden, nicht beschworen würden.
Zwei Möglichkeiten, um die Krankheit zu stoppen
Die Wissenschaftler führten dann eine weitere Reihe von Experimenten durch, bei denen sie die Bakterien in zwei Gruppen von Mäusen einführten: eine, bei der sie die Fähigkeit der Nervenfasern gestoppt hatten, Schmerzsignale zu übertragen, und eine andere, bei der sie dies nicht getan hatten.
Diese zeigten, dass das Blockieren der Schmerznerven die Kontrolle des Körpers über die Infektion verbesserte.
Verschiedene Experimente, bei denen Mäusen Botulinumneurotoxin A injiziert wurde - ein Nervenblocker, der in kosmetischen Behandlungen gegen Falten im Gesicht vorhanden ist - zeigten, dass ein solcher Ansatz als Behandlung für fleischfressende Krankheiten wirken kann.
Injektionen des Nervenblockers sogar 2 Tage nach der ersten Infektion der Mäuse und bereits Wunden hatten die Krankheit gestoppt und mehr Gewebeschäden verursacht.
Die Forscher testeten auch einen anderen möglichen Weg, um die Krankheit zu bekämpfen. Sie zeigten, dass CGRP-Blocker die Bremsen des Immunsystems lösten, indem sie die Nervenzellen daran hinderten, die Stoppsignale zu senden. Sie verhinderten auch die Ausbreitung nekrotisierender Fasziitis bei Mäusen.
"Unsere Ergebnisse zeigen eine überraschende neue Rolle von Neuronen bei der Entwicklung dieser Krankheit und weisen auf vielversprechende Gegenmaßnahmen hin, die eine weitere Erforschung rechtfertigen."
Prof. Isaac M. Chiu
