Ein Team der Universität Genf (UNIGE) und der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur zeigt, wie ein häufiger Erreger, Enterococcus faecalis, aktiv die Wundheilung verhindert und wie die Neutralisierung dieses Prozesses – durch Blockierung der schädlichen Produkte, die dieses Bakterium erzeugt – den Hautzellen ermöglichen kann, sich zu regenerieren und die Wunden zu schließen. Diese Ergebnisse werden in Science Advances veröffentlicht.
Mikroskopische Aufnahme eines mikrobiellen Biofilms, der die komplexe Organisation der mikrobiellen Zellen zeigt.
© Universität Genf
Oft durch persistierende Infektionen verschlimmert, heilen chronische Wunden nur schwer, insbesondere bei Menschen mit Diabetes, deren Hyperglykämie die Wundheilung verlangsamt. Diese Art von Wunden ist eine der Hauptursachen für Amputationen der unteren Gliedmaßen.
In einer aktuellen Studie enthüllt ein Team der UNIGE und der NTU in Singapur, wie ein weit verbreitetes opportunistisches Bakterium, Enterococcus faecalis, aktiv die Gewebereparatur blockiert. Die Wissenschaftler zeigen auch, dass durch die Neutralisierung dieses Mechanismus die Fähigkeit der Hautzellen zur Regeneration wiederhergestellt werden kann, wodurch das Risiko von Komplikationen und Amputationen verringert wird.
Unter der gemeinsamen Leitung von Guillaume Thibault, außerordentlicher Professor an der School of Biological Sciences der NTU, und Kimberly Kline, ordentliche Professorin an der Abteilung für Mikrobiologie und Molekularmedizin der medizinischen Fakultät der UNIGE und Mitglied des SCELSE - Singapore Centre for Environmental Life Sciences and Engineering, entdeckte das Team, dass das Bakterium keine klassische Toxin verwendet, um die Heilung zu stören, sondern ein Produkt seines eigenen Stoffwechsels umlenkt.
"E. faecalis nutzt einen bisher nicht erkannten Stoffwechselprozess, den extrazellulären Elektronentransport (EET), der kontinuierlich Wasserstoffperoxid produziert, eine reaktive Sauerstoffspezies, die besonders aggressiv für lebendes Gewebe ist", erklärt Aaron Tan, Forscher am SCELSE und Erstautor der Studie.
Oxidativer Stress, der die Hautzellen lähmt
Wasserstoffperoxid, das häufig als Industriedesinfektionsmittel und Bleichmittel verwendet wird, wird problematisch, wenn es direkt in einer infizierten Wunde erzeugt wird. Die Wissenschaftler zeigten, dass diese von dem Bakterium produzierte Verbindung einen erheblichen oxidativen Stress in Keratinozyten – den für die Hautreparatur verantwortlichen Zellen – induziert. Dieser Stress aktiviert einen zellulären Abwehrmechanismus im Zusammenhang mit fehlgefalteten Proteinen, der letztendlich die Zellen lähmt und sie daran hindert, zur Schließung der Wunde zu wandern.
Um die zentrale Rolle dieses Prozesses zu bestätigen, verwendeten die Wissenschaftler einen genetisch veränderten Stamm von E. faecalis, dem der EET-Weg fehlte. Ergebnis: Die Wasserstoffperoxidproduktion ging stark zurück und das Bakterium konnte die Wundheilung nicht mehr blockieren.
Das Team bewertete anschließend, ob die Neutralisierung von Wasserstoffperoxid die Schäden rückgängig machen könnte. Durch die Behandlung der Hautzellen mit Katalase – einem Antioxidans-Enzym, das natürlicherweise im Körper vorkommt und Wasserstoffperoxid abbauen kann – verringerte es den zellulären Stress und stellte die Fähigkeit der Zellen wieder her, zu wandern und Gewebe zu reparieren.
Auf dem Weg zu neuen therapeutischen Ansätzen
"Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Stoffwechsel des Bakteriums selbst die Waffe ist, eine überraschende und bisher unbekannte Entdeckung", betont Guillaume Thibault. "Anstatt zu versuchen, das Bakterium mit Antibiotika zu beseitigen – eine Strategie, die zunehmend schwierig ist und die Resistenz fördert – können wir nun in Betracht ziehen, die schädlichen Produkte, die es erzeugt, zu neutralisieren und so die Wundheilung wiederherzustellen."
Die Studie stellt einen direkten Zusammenhang zwischen dem bakteriellen Stoffwechsel und der Dysfunktion der Wirtszellen her und ebnet den Weg für neue therapeutische Strategien für chronische Wunden. Sie legt insbesondere nahe, dass Verbände, die mit Antioxidantien wie Katalase angereichert sind, einen vielversprechenden Ansatz darstellen könnten. Diese Ergebnisse könnten langfristig zu neuen Behandlungen für Patientinnen und Patienten führen, die an nicht heilenden Wunden leiden, einem wichtigen Problem der öffentlichen Gesundheit.