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Bakterien liefern neue Ansätze für regenerative Therapien

Medizinische Mikrobiologen erforschen Krankheitskeime nicht nur, um sie wirksam zu bekämpfen. Infektionsmechanismen sollen in den Dienst der Regenerationsmedizin gestellt werden. Ein Ansatz ist, Bakterien so zu programmieren, dass sie die Blutgefäßbildung fördern.

Eigentlich sind sie ziemlich harmlos, bei immungeschwächten Menschen können Bartonella henselae-Bakterien jedoch nicht nur Lymphknotenschellungen, sondern auch gutartige Blugefäß-Tumore verursachen. Nicht zuletzt deshalb wurden sie in den letzten Jahren intensiv erforscht. Wissenschaftler des Instituts für medizinische Mikrobiologie und Hygiene an der Uni Tübingen entdeckten dabei Bartonella-Adhesin A, kurz BadA, ein extrem langes Oberflächenprotein auf den Bartonella-Bakterien, das eine wichtige Rolle im Infektionsverlauf spielt.

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Elektronenmikroskopischer Nachweis von BadA. Das haarig erscheinende Adhäsin von B. henselae vermittelt die Bindung des Bakteriums an extrazelluläre Matrixproteine und Endothelzellen und ist notwendig für die Auslösung einer HIF-1-regulierten Wirtszellantwort. (Bild: Inst. für medizinische Mikrobiologie und Hygiene, Tübingen)

BadA bindet an extrazelluläre Proteine der Basalmembran von Blutgefäßen und ermöglicht dadurch das Andocken der Bakterienzelle an das Endothel - die Zellschicht, die das Innere der Gefäße auskleidet. Außerdem hemmen BadA-bildende Bartonellen den natürlichen Zelltod von Endothelzellen, was zu abnormaler Zellvermehrung und schließlich zur Tumorentstehung führt. Aber BadA hat noch eine andere Funktion, und die macht es für eine Anwendung in der Regenerationsbiologie so interessant: Das Protein fördert die Angiogenese, also die Bildung von Blutgefäßen. Diese Wirkung erzielt BadA, indem es die Bildung und Freisetzung von wirtseigenen Wachstumsfaktoren wie VEGF (vasculoendothelial growth factor) stimuliert.

"Wir waren die erste Gruppe, die anhand eines definierten Proteins zeigen konnte, dass Bakterien in die Angiogenese eingreifen", sagt Prof. Dr. Ingo Autenrieth, der Ärztliche Direktor des Instituts für medizinische Mikrobiologie und Hygiene. Er und sein Mitarbeiter PD Dr. Volkhard Kempf arbeiten an einem Konzept, um das Protein zur therapeutischen Stimulation der Blutgefäßbildung einzusetzen. Das könnte bei zahlreichen regenerationsmedizinischen Ansätzen helfen. Zum Beispiel, wenn autologe Transplantate, die auf der Basis patienteneigener Zellen im Labor gezüchtet werden, zum Zwecke der Nährstoffversorgung von Blutgefäßen durchzogen sein müssen.

Bakterien so programmieren, dass sie die Blutgefäßbildung fördern

"Ein Ansatz ist, Vehikel zu entwickeln, mit denen BadA in den Organismus eingebracht wird. Das können zum Beispiel attenuierte, also abgeschwächte Bakterien sein, wie sie auch zu Impfzwecken eingesetzt werden", so Autenrieths Vision. BadA ist jedoch nicht das einzige Protein, das auf diese Weise therapeutisch genutzt werden könnte. Das Adhesin gehört zu einer Proteinfamilie, deren Vertreter in vielen Bakterienarten vorkommen und deren Funktionen noch längst nicht völlig erforscht sind. Vorerst konzentrieren sich Autenrieth und seine Mitarbeiter jedoch auf BadA, sie wollen seine Struktur aufklären und die gesamte Bandbreite seiner Wirkungen. "Wenn wir erst einmal ein Modell haben, können wir auch relativ gut einen Hemmstoff entwickeln, der wiederum therapeutisches Potenzial birgt", so Autenrieth.

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B. henselae-infizierte Endothelzellen. Intrazelluläre Bakterien sind blau angefärbt, das Zytoskelett (Aktin) wurde rot markiert. (Abb: Inst. für medizinische Mikrobiologie und Hygiene, Tübingen)

Auch die Erforschung pathogener Darmbakterien kann zu neuen regenerativen Konzepten führen. "Wir möchten zum Beispiel probiotische Bakterien einsetzen, die schützend auf das Darmepithel wirken" sagt Autenrieth, der mit seiner Mitarbeiterin Dr. Julia Frick intensiv auf dem Gebiet Probiotika arbeitet. Er sieht aber auch die Schwierigkeiten, die funktionelle Untersuchungen an der Darmschleimhaut mit sich bringen: "Wechselwirkungen im Darm sind generell schwierig zu untersuchen, deshalb arbeiten wir mit Prof. Dr. Thomas Skutella vom Anatomischen Institut zusammen, der ein hervorragendes Darmmodell entwickelt hat. Damit können wir in vitroi unter kontrollierten Bedingungen aussagekräftige Tests machen." Unter anderem werden die Proteinmuster erforscht, die nützliche und schädliche Bakterien in der Darmumgebung zeigen. Diese Muster könnten Hinweise auf therapeutisch interessante Proteine geben, die dann näher charakterisiert werden.

Mikrobielle Stoffwechselprodukte könnten Stammzellen den Boden bereiten

Autenrieth kann sich auch vorstellen, dass Bakterien eines Tages genutzt werden, um Stammzelltherapien zu unterstützen. "Bakterien könnten gezielt eingesetzt werden, um ein stammzellfreundliches Milieu in dem Gewebe zu schaffen, in das sie einwandern sollen", so der Klinikchef. Dieses Milieu könnte durch natürliche Stoffwechselprodukte erzeugt werden, die Bakterien an ihre Umgebung abgeben. Die Mikroben könnten aber auch durch genetische Umprogrammierung zur Sekretion hilfreicher Substanzen gebracht werden.

"Generell sind die Untersuchungen zu metabolischen Interaktionen zwischen Mikroorganismen und dem menschlichen Organismus ein großes Forschungsthema, das uns bestimmt noch für die nächsten zehn bis 15 Jahre beschäftigen wird", schätzt Autenrieth und hofft, daraus möglichst viele Ansätze für die Regenerationsmedizin ableiten zu können. In diesem Sinne haben Bakterien einen durchaus positiven Modellcharakter.

leh - 29.9.2006
© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH, Erstveröffentlichung unter www.bio-pro.de<, dem Biotech/Life Sciences Portal des Landes Baden-Württemberg. Alle Rechte vorbehalten.

Weitere Informationen:

Universitätsklinikum Tübingen
Institut für medizinische Mikrobiologie und Hygiene

Prof. Dr. Ingo B. Autenrieth
Ärztlicher Direktor
Elfriede-Aulhorn-Str. 6
72076 Tübingen

Tel.: 07071 29-82349
Fax: 07071 29-3435
ingo [dot] autenrieth [at] med [dot] uni-tuebingen [dot] de
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