Salmonella-Wirt-Wechselwirkungen im Darmlumen

Hintergrund: Der Darm wird von einer großen Anzahl kommensaler Mikroorganismen kolonisiert, die den Wirt teilweise vor der Ansiedlung von Pathogenen schützen (Kolonisierungsresistenz). Das enteropathogene Bakterium Salmonella enterica Serovar Typhimurium (S. Tm) löst eine Entzündungsreaktion im Darm aus, die die Darmflora so verändert, dass die Kolonisierungsresistenz zusammenbricht. Die beteiligten molekularen Mechanismen sind jedoch nur teilweise verstanden. In einer vorangegangenen Studie wurden S. Tm, die aus dem entzündeten Darm infizierter Mäuse isoliert worden waren, einer ex vivo Proteom-Analyse unterzogen. Dabei wurde ein einzelner Wirtsfaktor identifiziert, der an S. Tm gebunden war: das C-Typ Lektin Reg3β. Für das nahe verwandte Reg3γ ist bekannt, dass es gram-positive Bakterien der Darmflora abtötet. Es stellte sich daher die Frage, ob auch Reg3β eine bakterizide Wirkung hat und an der Veränderung der Darmflora während einer Salmonelleninfektion beteiligt ist. Methoden: Um den Einfluss von Reg3β näher zu charakterisieren, wurde ein Kolonisierungsmodell in Mäusen verwendet, das wichtige Aspekte der durch Salmonella induzierten Unterdrückung von Kommensalen widerspiegelte. Mit Streptomycin vorbehandelte Mäuse wurden dafür mit virulenten und avirulenten S. Tm Mutanten und einem kommensalen E. coli co-infiziert. Die Reg3β Expression wurde durch quantitative Real-Time PCR und die Besiedlung der Modellstämme über die Lebendkeimzahl in den Faeces bestimmt. Über biochemische und mikrobiologische Analysen von Reg3β Varianten und isogenen S. Tm LPS-Mutanten wurde die antimikrobielle Wirkung näher charakterisiert. Ergebnisse: In dem verwendeten Modell induzierte S. Tm mit pro-inflammatorischen Virulenzfaktoren die Expression von Reg3β. Gleichzeitig konnten virulente, aber nicht avirulente Salmonellen E. coli aus dem Darm verdrängen. Die einmalige Gabe von rekombinantem Reg3β führte zur Verdrängung von E. coli und anderen coliformen Bakterien, auch aus einer Co-Besiedlung mit avirulenten Salmonellen, und ermöglichte eine verstärkte Ansiedlung von S. Tm. Rekombinant hergestelltes Reg3β band an Peptidoglykan sowie LPS und wirkte auf zwei unterschiedliche Arten antimikrobiell: (1) Durch direktes Abtöten von gram-negativen Bakterien (komplementäres, antimikrobielles Spektrum zu Reg3γ). Im Gegensatz zu E. coli waren gramnegative S. Tm jedoch resistent gegen Reg3β, u. a. wegen einer Modifikation des Lipopolysaccharids durch lange Polysaccharid-Ketten und einer Hepta-Acetylierung des Lipid A. (2) Durch Induktion bakterieller Aggregation. Die limitierte Proteolyse von Reg3β mit Trypsin resultierte in der Abspaltung eines kurzen, N-terminalen Peptids. Das C-terminale Fragment bildete Präzipitate, die Bakterien selektiv einfingen. Interpretation: S. Tm nutzt die Bildung von Reg3β, eine Wirtsreaktion auf entzündliche Vorgänge im Darm, um die Darmflora zu verändern und damit die eigene Kolonisierung zu erleichtern. Aufgrund dieser Ergebnisse könnte eine selektive Inaktivierung von antimikrobiellen Wirtsprozessen, die nur gegen Kommensale nicht aber gegen Salmonellen wirksam sind, eine Normalisierung der Darmflora und damit ein schnelleres Ende der Erkrankung herbeiführen.