Geschrieben von Catharine Paddock, Ph.D. am 23. Februar 2015Eine gefürchtete Geißel der Krankenhäuser und Pflegeheime, Clostridium difficile krank mehr als 500.000 und tötet mehr als 14.000 Amerikaner jedes Jahr, während Racking rund $4,8 Milliarden in der jährlichen Kosten für das Gesundheitswesen.
Wenn C. diff in den Verdauungstrakt eines frisch mit Antibiotika behandelten Patienten eindringt, etabliert es sich sehr schnell und richtet im Darm verheerende Schäden an.
Eine Infektion mit C. diff kann zu leichten bis schweren Symptomen wie Durchfall, Fieber und Bauchschmerzen führen. Sie kann auch zu lebensbedrohlichen Zuständen führen, wenn der Darm aufgrund von Entzündungen und Schwellungen nicht mehr in der Lage ist, Gas und Stuhl auszuscheiden.
Während wir wissen, dass die meisten Fälle dieser großen Bedrohung für die öffentliche Gesundheit nach einer Antibiotikabehandlung auftreten, wissen wir wenig über die Stadien und biologischen Prozesse, die es C. diff ermöglichen, das gestörte Ökosystem des Darms schnell zu besiedeln.
Nun beschreibt eine neue Studie der University of Michigan in Ann Arbor – veröffentlicht in der Fachzeitschrift Infection and Immunity – wie es nur 24 Stunden dauerte, bis der Erreger auskeimte und sich im gesamten Verdauungstrakt von frisch mit Antibiotika behandelten Mäusen etablierte.
Die Forscher hoffen, dass ihre Erkenntnisse zu besseren Möglichkeiten der Prävention und Behandlung von C. diff-Infektionen führen werden.
C. diff produzierte in 24 Stunden Toxin am anderen Ende des Darms
Für ihre Studie führte das Team C. diff-Sporen in den Mund von Mäusen ein, die frisch mit Antibiotika behandelt worden waren – derselbe Weg, über den der Erreger wahrscheinlich in menschliche Patienten in einer Pflegeeinrichtung gelangt.
Anschließend entnahmen sie alle paar Stunden Proben aus verschiedenen Teilen des Darms der infizierten Mäuse und untersuchten sie in speziellen sauerstofffreien Kammern, um die Menge und die Arten von C. diff in jedem einzelnen zu messen.
Die Analyse zeigte, dass es nur etwa 24 Stunden dauerte, bis sich die Sporen im Dickdarm – am anderen Ende des Verdauungstraktes – zu Toxin produzierenden, Durchfall verursachenden Zellen entwickelten.
Die Forscher fanden auch heraus, dass die Gallensäuren im Darm der Mäuse die ruhenden C. diff-Sporen aktivierten, so dass sie keimten und zu Zellen wuchsen, die den Dünndarm innerhalb von 24 Stunden nach dem Eintritt in den Verdauungstrakt über den Mund kolonisierten.
Die Proben zeigten auch, dass C. diff im Dickdarm erneut Sporen bildete – und damit seinen Lebenszyklus vollendete -, von wo aus es mit dem Stuhl ausgeschieden werden und einen neuen Wirt infizieren konnte.
Für die Studie verwendete das Team einen speziell entwickelten Mäusestamm und ein gängiges Antibiotikum aus der Klasse der Cephalosporine. Der C.-diff-Stamm, den sie den Mäusen verabreichten, stammte von einem menschlichen Patienten vor Jahren, kann aber auch in Form einer Laborkultur gekauft werden.
Erstautor Dr. Mark Koenigsknecht sagt:
„Wir haben 100 Sporen durch den Mund eingeführt, und innerhalb von 6 Stunden konnten wir 1.000 Zellen im Darmtrakt finden. Wir wählten diesen Stamm von C. difficile wegen seiner schnellen Fähigkeit, Krankheiten bei Tieren zu verursachen, aber wir dachten nicht, dass es so schnell gehen würde.“
C. diff-DNA war in 36 Stunden am dominantesten im Darm
Das Team führte auch eine DNA-Analyse durch, um zu sehen, was mit dem Darm-Mikrobiom der Mäuse passiert war. Durch den Vergleich von Mäusen, die mit Antibiotika behandelt worden waren, mit denen, die nicht behandelt worden waren, fanden sie heraus, dass die Antibiotika die Bakterienkolonien im Dünndarm gestört hatten, und die C. diff -DNA war innerhalb von 36 Stunden am dominantesten.
Als sie das Darmgewebe unter dem Mikroskop untersuchten, stellten die Forscher fest, dass das Toxin von C. diff die Zellen, die den Darm auskleiden, undicht werden ließ, was wiederum Immunzellen auf den Plan rief und zu Durchfall führte. Diese Veränderungen zeigten sich im Dickdarm etwa 30 Stunden, nachdem den Mäusen die C. diff-Sporen verabreicht worden waren.
Das Team stellt fest, dass dies die erste Studie ist, die Beweise für die Produktion von Toxinen und neu produzierten C. diff-Sporen, die außerhalb des Körpers überleben können, zur gleichen Zeit in einem lebenden Tier findet.
Sie vermuten, dass dies zeigt, dass die beiden Prozesse miteinander verbunden sind und wahrscheinlich durch das gleiche Signal im Körper ausgelöst werden.
Dr. Koenigsknecht möchte nun herausfinden, was dieses Signal ist, ob verschiedene Stämme von C. diff die gleichen Ergebnisse produzieren und welche Arten von Patienten am anfälligsten für ihre Auswirkungen sind. Er merkt an:
„Jetzt, da wir verstehen, was C. difficile tut, können wir auch mehr Fragen dazu stellen, wie die Maschinerie im Inneren der Zelle anläuft. Wir müssen wissen, wie wir es untersuchen können, bevor wir es heilen können.“
Zu den Fragen, die das Team erforschen will, gehört, herauszufinden, wie genau C. diff einen durch Antibiotika frisch dezimierten Darm übernimmt: Verhindert es das Wachstum von anderen Bakterien? Oder verdrängt es diese, indem es ihre Ressourcen schneller verschlingt? Und wie kommuniziert der Erreger – wenn überhaupt – mit den Zellen der Darmschleimhaut? Die Forscher wollen so viel wie möglich über die Art und Weise herausfinden, wie freundliche und unfreundliche Bakterien mit dem Darm kommunizieren.
Die Studie wurde durch Zuschüsse der National Institutes of Health finanziert.
In der Zwischenzeit berichtete kürzlich über das wachsende Interesse an der Transplantation von Fäkalien eines gesunden Spenders als eine Möglichkeit zur Behandlung von C. diff-Infektionen. Ein Grund für das wachsende Interesse an dieser Art der Bakterientherapie ist, dass sie im Gegensatz zu Antibiotika die natürlichen Bakterien im Darm nicht auslöscht.