Was Meningokokken gefährlich macht

Vom harmlosen Bewohner zur lebensgefährlichen Erkrankung

Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Ein 16-jähriger Schüler aus Mindelheim im Ostallgäu ist an einer Gehirnhautentzuendung gestorben. Das meldete am 28. Februar 2008 der Landesdienst Bayern der Nachrichtenagentur dpa. Was die Bakterien (Meningokokken), die diese Krankheit auslösen, so gefährlich macht, beschreiben Forscher der Universitäten Würzburg und Bielefeld in einer aktuellen Arbeit im US-Wissenschaftsblatt PNAS.

Übersicht

• Evolutorische Veränderung der Meningokokken
• Hohes Fieber, steifer Nacken
• Abstriche aus 8.000 Rachen
• Originalarbeit

Evolutorische Veränderung der Meningokokken

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Ebenso wie der Darm sind auch Nase und Rachen des Menschen von Kleinstlebewesen besiedelt. Bei etwa zehn Prozent der Bevölkerung kommen dort als harmlose Bewohner der Schleimhäute unter anderem Meningokokken vor. Von diesen Bakterien gibt es aber auch Stämme, die lebensbedrohliche Blutvergiftungen und Hirnhautentzündungen auslösen. Wie die friedlichen Mitbewohner im Lauf der Zeit zu aggressiven Krankheitserregern geworden sind, war bislang unbekannt. Forscher von den Universitäten Würzburg und Bielefeld bieten dafür jetzt erstmals eine Erklärung an.

"Betrachtet man die Evolution der Meningokokken, dann waren deren ursprünglichste Vertreter noch nicht von einer Schleimkapsel umhüllt", sagt Professor Ulrich Vogel vom Institut für Hygiene und Mikrobiologie der Uni Würzburg. Diese Kapsel sei eine unabdingbare Voraussetzung dafür, dass die Bakterien in die Blutbahn des Menschen eindringen können. Allerdings gebe es auch Meningokokken, die zwar eine Kapsel besitzen, aber den Menschen trotzdem nicht krank machen. Beim Wandel zum Erreger muss also noch mehr passiert sein.

Was das gewesen sein könnte, dafür haben die Forscher um die Projektleiter Christoph Schön und Matthias Frosch gemeinsam mit Kollegen vom Würzburger Lehrstuhl für Bioinformatik (Tobias Müller und Torben Friedrich) und vom Bielefelder Center for Biotechnology nun Anhaltspunkte gefunden. Ihre Analysen ergaben Hinweise, dass Meningokokken sich zunächst als kapselfreie Erreger von anderen Arten, wie den Gonokokken, abspalteten. Erst im Laufe der weiteren Evolution bauten sie die Erbinformation zur Bildung der Kapsel in ihr Chromosom ein. Anschließend nahmen sie ein mobiles DNA-Element auf, einen so genannten Prophagen - und das führte dann bei einigen der bekapselten Stämme zur Umlagerung von Teilen des Chromosoms. "Wir nehmen an, dass es nach diesen Umlagerungen zu Veränderungen der Aktivität kritischer Gene kam und dass manche Bakterienstämme dadurch zu Krankheitserregern wurden", so die Wissenschaftler.

Hohes Fieber, steifer Nacken

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Wenn diese Erreger dann zuschlagen, trifft es meist Kleinkinder, die noch keine ausreichenden Abwehrkräfte aufgebaut haben, oder Teenager, zwischen denen die Erreger mit hoher Frequenz ausgetauscht werden. Die Kranken bekommen hohes Fieber, starke Kopfschmerzen, und - besonders typisch für die Hirnhautentzündung - einen steifen Nacken. Auch Benommenheit, Lichtempfindlichkeit, Gelenkschmerzen und rot-violette Hautflecken können sich einstellen. Im Extremfall kommt es mit einem rasanten Krankheitsverlauf zum Schock.

Spätestens dann besteht Lebensgefahr, und etwa zehn Prozent der Erkrankten sterben auch an der Infektion. Ganz entscheidend für den Ausgang der Krankheit ist der Zeitpunkt des Therapiebeginns: Meningokokken reagieren sehr empfindlich auf Antibiotika; je früher diese gegeben werden, desto besser. Ein Impfstoff gegen die in Deutschland am häufigsten vorkommende Meningokokken-Serogruppe B, die für rund drei Viertel aller Fälle verantwortlich ist, steht bislang nicht zur Verfügung. Eine generelle Impfempfehlung gibt es in der Bundesrepublik daher nur für die Serogruppe C.

Obwohl harmlose Meningokokken beim Menschen so häufig vorkommen, treten Erkrankungen relativ selten auf - pro Jahr werden in Deutschland etwa 600 Fälle registriert. Zum Vergleich: Tuberkulosefälle werden zehn Mal häufiger gemeldet.

Abstriche aus 8.000 Rachen

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Für ihre Arbeit konnten die Würzburger Forscher auf umfangreiche Daten zurückgreifen. Zum Einen ist das Erbgut von drei hoch gefährlichen Meningokokken-Stämmen seit Jahren entschlüsselt. Daraus allerdings ergaben sich keine Hinweise auf die Faktoren, die die Bakterien aggressiv machen. Die Mikrobiologen gingen darum vor Jahren auch einen anderen Weg: In einer großen Studie nahmen sie Abstriche aus dem Rachen von rund 8.000 Kindern, Jugendlichen und Soldaten in Bayern. In diesem Material fanden sie 800 Meningokokken-Stämme, die sie allesamt genetisch charakterisierten. Die Ergebnisse der Studie publizierten die Forscher im Jahr 2005 im Journal of Infectious Diseases.

Von den 800 bayerischen Stämmen wählten sie für ihre aktuelle Untersuchung drei unterschiedliche und völlig harmlose aus. Gemeinsam mit dem Bioinformatik-Lehrstuhl von Professor Thomas Dandekar entwickelten sie neue Strategien, um das Erbgut der Bakterien zu durchforsten und es mit demjenigen der krank machenden Stämme zu vergleichen. Mit diesen Analysen kamen sie schließlich zu dem Ergebnis, das in der US-amerikanischen Wissenschaftszeitschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) nachzulesen ist.

Die beteiligten Würzburger Wissenschaftler sind in Sachen Meningokokken als renommierte Experten anerkannt: Das Bundesgesundheitsministerium hat bereits 2002 das Institut für Hygiene und Mikrobiologie der Universität Würzburg zum Nationalen Referenzzentrum für Meningokokken erhoben. Hierdurch wurden die Wissenschaftler um Institutsleiter Professor Matthias Frosch mit der Erregertypisierung und bakteriologischen Überwachung der Meningokokken-Infektionen in Deutschland betraut. Diese Aufgaben erfüllen sie im Auftrag des Robert-Koch-Instituts in Berlin.

Originalarbeit

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"Whole-genome comparison of disease and carriage strains provides insights into virulence evolution in Neisseria meningitides", Christoph Schoen, Heike Claus; Ulrich Vogel; Anja Schramm-Glück; Biju Joseph; Oliver Kurzai; Corinna Schmitt; Tobias Müller; Torben Friedrich, Matthias Frosch, Jochen Blom; Alexander Goesmann; Sebastian Konietzny; Burkhard Linke, Petra Brandt, PNAS, online publiziert am 25. Februar 2008