Blattläuse und andere Insektenarten könnten ohne die Bakterien, die in ihren Zellen leben und dort beispielsweise essentielle Aminosäuren produzieren, gar nicht überleben. Aber nicht mit allen intrazellulären "Untermietern" ist gut Kirschen essen: "Viele Leute glauben, Symbiose beschreibt ausschließlich ein für beide Seiten positives Zusammenleben zweier Organismen. Der Begriff ist aber eigentlich völlig neutral", erklärt Univ.-Prof. Mag. Dr. Michael Wagner vom Department für Mikrobielle Ökologie: "Auch gefährliche Parasiten können Symbionten sein."
Wagner koordiniert im Rahmen des universitären Forschungsschwerpunktes "Symbioseforschung und Molekulare Prinzipien der Erkennung" ein Team von neun WissenschafterInnen aus vier verschiedenen Departments der Universität Wien, das sich solchen intrazellulär lebenden Bakterien widmet. Untersucht werden zwei Modellorganismengruppen, die sich in Eukaryotenzellen häuslich eingerichtet haben: Umweltchlamydien und Listerien.
Gefangen in einer Zelle
Es gibt zwei Gruppen von intrazellulären Bakterien. Umweltchlamydien sind "obligat intrazellulär". Das heißt, sie können nur im Inneren von Zellen höherer Lebewesen existieren. Obwohl sie in großer Vielzahl in der Umwelt vorkommen, wurden Umweltchlamydien erst vor etwa zehn Jahren entdeckt. Sie sind entfernt mit den schon lange bekannten pathogenen Chlamydienarten verwandt, die unter anderem für zehn Prozent aller Fälle von weiblicher Unfruchtbarkeit und für schwere Atemwegserkrankungen verantwortlich sind. Wie sich Umweltchlamydien und humanpathogene Chlamydien auf molekularer Ebene gleichen beziehungsweise unterscheiden, ist eine der Schlüsselfragen im Projekt.
Ist hier noch eine Zelle frei?
"Fakultativ intrazelluläre" Bakterien hingegen können sich sowohl innerhalb als auch außerhalb von Zellen vermehren. Zu dieser Gruppe gehört der zweite Modellorganismus, den das Forschungsteam untersuchen will: Durch verunreinigte Nahrungsmittel auf den Menschen übertragen, nistet sich Listeria monocytogenes im Inneren einer Zelle ein und löst bei manchen Menschen schwere Erkrankungen aus. Listerien sind zwar deutlich besser untersucht als Umweltchlamydien, trotzdem versteht man wesentliche Aspekte ihrer Anpassung an den Lebensraum Zelle nicht: "Ihre Fähigkeit, in einem derart speziellen Habitat wie dem Inneren einer lebendigen Zelle zu überleben, steht im Zentrum unseres wissenschaftlichen Interesses", so Wagner.
Infektionen gezielter bekämpfen
Sowohl für Umweltchlamydien als auch für Listerien liegen bereits Genomsequenzen vor. Allerdings ist über die Funktion vieler dieser Gene und ihrer Produkte noch nichts bekannt. Wüsste man, welche Proteine auf welche Weise für das Überleben der Bakterien in der Zelle essentiell sind, könnte man Hemmstoffe entwickeln und mit deren Hilfe Chlamydien- oder Listerienerkrankungen gezielt behandeln. Im Moment werden dazu Antibiotika eingesetzt, die nicht zwischen nützlichen und krankmachenden Bakterien im menschlichen Körper unterscheiden.
Entscheidende Gene identifizieren
Wie aber können solche Schlüsselproteine für intrazelluläres Leben gefunden werden? "Die Listerien können wir mit klassischen molekularbiologischen Methoden untersuchen", sagt Wagner: "Sie sind nämlich 'genetisch zugänglich'. Das heißt, wir können sie manipulieren." Dafür blockiert der Genetiker ein bestimmtes, interessant erscheinendes Gen (Knock-out) und vergleicht die Eigenschaft der derart manipulierten Mutante mit der des Wildtyps. Dieser Vergleich lässt Rückschlüsse auf die Funktion des untersuchten Gens zu.
Aus der Zelle in die Zelle
Obligat intrazelluläre Umweltchlamydien können aber weder außerhalb ihrer Wirtszelle leben, noch steht für ihre Untersuchung ein genetisches System zur Verfügung. "Hier muss man andere Wege gehen, um die Funktion der unbekannten Gene zu entschlüsseln", sagt Wagner. Ein solcher Weg ist die "heterologe Expression". Dafür werden einzelne Gene der Umweltchlamydien in ein anderes Bakterium übertragen und dort in das entsprechende Protein "übersetzt": "So kann man Eigenschaften von Proteinen studieren, ohne den eigentlichen Wirtsorganismus zu manipulieren."
Welches Gen nehmen?
Keine leichte Entscheidung: Bei hunderten von unbekannten Genen und derart aufwändigen Verfahren fällt die Wahl des zu untersuchenden Gens schwer. Obwohl modernste bioinformatische Verfahren entwickelt und eingesetzt werden, suchen die neun WissenschafterInnen hier nach der sprichwörtlichen Nadel im Heuhaufen. Wagner: "Unser Projekt birgt ebensoviel Risiko wie Potenzial."
Hochrisikoforschung finanzieren
Für die Zukunft der universitären Forschungsschwerpunkte wünscht er sich in diesem Sinne eine Spezialisierung auf Hochrisikoforschung: "Hier besteht eine Förderlücke. Traditionelle Fördergeber wie der FWF finanzieren bevorzugt Projekte mit abschätzbarem Risiko. Aber die großen Durchbrüche in der Forschung sind fast nie planbar. Um sich langfristig internationale Wettbewerbsvorteile zu sichern, sollte die Universität Wien als Fördergeberin exzellente WissenschafterInnen dabei unterstützen, völlig neuartige und manchmal vielleicht etwas 'verrückte' Ideen auszuprobieren - ohne die Zwänge der klassischen Antragsforschung. " (br)
Das Projekt "Molecular interactions between intracellular bacteria and their eukaryotic host cells" ist im universitären Forschungsschwerpunkt "Symbioseforschung und molekulare Prinzipien der Erkennung" angesiedelt und hat eine Laufzeit von drei Jahren.
Das Forschungsteam besteht aus:
Univ.-Prof. Mag. Dr. Michael Wagner (Projektkoordinator), V.-Prof. Dr. Matthias Horn und Univ.-Ass. Dr. Holger Daims vom Department für Mikrobielle Ökologie, Univ.-Prof. Dr. Thomas Decker und Univ.-Ass. Dr. Emmanuelle Charpentier vom Department für Mikrobiologie und Immunbiologie, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Kristina Djinovic-Carugo und Univ.-Prof. Dr. Robert Konrat vom Institut für Biomolekulare Strukturchemie sowie O. Univ.-Prof. Dr. Johann Mulzer und Univ.-Prof. Mag. Dr. Walther Schmid vom Institut für Organische Chemie. |
