Wenn Überleben zu Pathogenität wird: Wie die Evolution ein Umweltbakterium in die Lage versetzt, dem Menschen zu schaden

Microverse-Forscher entdecken doppelverwendbare Virulenzfaktoren in Chromobacterium haemolyticum

Ein Forschungsteam des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ an der Universität Jena hat herausgefunden, wie ein harmloses Umweltbakterium zu einem gefährlichen Krankheitserreger werden kann. Die Studie, die von Christian Hertweck und seinem Team am Leibniz-HKI in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität Melbourne durchgeführt wurde, zeigt, wie natürliche Verbindungen, die von Chromobacterium haemolyticum produziert werden, sowohl die ökologische Fitness als auch schwere Krankheiten fördern. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift mBio veröffentlicht.

„Chromobacterium haemolyticum ist normalerweise eine harmlose Umweltmikrobe“, erklärt die Mikrobiologin Ingrid Richter, Mitautorin der Studie. „Aber unter den richtigen - oder eher falschen - Bedingungen kann es lebensbedrohliche Infektionen bei Mensch und Tier verursachen. Bislang war unklar, welche Faktoren für seine Virulenz verantwortlich sind“.

Das Team identifizierte eine Gruppe von Naturstoffen, so genannte zyklische Lipodepsipeptide - darunter das bekannte Antimykotikum Jagaricin und zwei neu beschriebene Varianten, Jagaricin B und C - als Schlüsselfaktoren. Diese Moleküle zerstören nicht nur rote Blutkörperchen, sondern tragen auch zur Fähigkeit des Bakteriums bei, Biofilme zu bilden und sich durch Schwarmtätigkeit auszubreiten. Auf diese Weise dienen sie als so genannte Dual-Use-Virulenzfaktoren: Eigenschaften, die sich für das Überleben in der Umwelt entwickelt haben, aber unbeabsichtigt eine Infektion in tierischen Wirten ermöglichen.

Gezielte genetische Deletionen bestätigten die Bedeutung dieser Moleküle. Mutierte Stämme des Bakteriums, denen das für die Jagaricin-Produktion verantwortliche Gencluster fehlt, zeigen keine Hämolyse mehr und auch keine Biofilmbildung oder Schwarmverhalten. Dies deutet darauf hin, dass die Verbindungen sowohl für den ökologischen Erfolg als auch für das pathogene Potenzial entscheidend sind.
„Dasselbe Naturprodukt, das dem Bakterium hilft, in aquatischer Umgebung zu überleben, trägt auch zu seiner Fähigkeit bei, in Wirtsgewebe einzudringen und es zu schädigen“, sagt Christian Hertweck, der die Abteilung Biomolekulare Chemie am Leibniz-HKI leitet und Principal Investigator im Microverse Cluster ist. „Dies ist ein bemerkenswertes Beispiel für das, was wir als zufällige Evolution bezeichnen - wenn Merkmale, die ursprünglich durch Umwelteinflüsse geprägt wurden, auch als Virulenzmechanismen dienen.“

Die Entdeckung wurde mithilfe von Genom-Mining-Tools und bioinformatischer Unterstützung durch das Team in Melbourne gemacht. Bemerkenswerterweise wurde festgestellt, dass Stämme aus verschiedenen Kontinenten die gleichen virulenzassoziierten Verbindungen produzieren, was die ökologische Bedeutung dieser Moleküle unterstreicht.