Enterobakterien der Gattung Yersinia sind Verursacher von Magen-Darminfektionen. Der bekannteste Vertreter ist Y. pestis, der Erreger der Pest. Weiterhin gibt es andere Arten wie Y. enterocolitica und Y. pseudotuberculosis, die meist über verunreinigte Nahrungsmittel in den Körper eindringen und schwere Durchfallerkrankungen oder Erbrechen auslösen können. Infektionen durch bakterielle Pathogene wie Yersinien führen dazu, dass Immunreaktionen in Gang gesetzt werden. In der Folge bildet sich eine akute Erkrankung aus, wenn die Mehrheit der Keime nicht erfolgreich vom Immunsystem beseitigt wird.

Diese Krankheitserreger haben zudem die Eigenschaft, dass sie über einen längeren Zeitraum im Körper persistieren können, ohne Symptome hervorzurufen. Sie können jedoch später reaktiviert werden und Beschwerden hervorrufen. Einige persistente Infektionen führen aber auch zu klinisch sichtbaren chronischen Symptomen wie Arthritis und Autoimmunerkrankungen. Bislang ist nicht eindeutig geklärt, wie die Bakterien das schaffen, nicht vom Immunsystem ausfindig gemacht zu werden, und wie sie dabei Abwehrreaktionen gegen körpereigenes Gewebestrukturen fördern.

In der akuten Infektionsphase produzieren einige Yersinien unter anderem den Giftstoff CNFγ, den sie in die Zellen des Wirtes abgeben. Dort blockiert er die Zellteilung, was wiederum dazu führt, dass die Zellen immer größer werden und von den Yersinien leichter angegriffen werden können. Das Toxin verstärkt die Translokation der antiphagozytischen Yop-Effektoren und induziert Entzündungsreaktionen. „Mithilfe von CNFγ beschleunigen die Yersinien die Ausbreitung der Infektion und der Entzündung im Gewebe, bis die infizierten Zellen schließlich absterben“, sagt Professor Dr. Petra Dersch, Leiterin der Abteilung Molekulare Infektionsbiologie am HZI.

Die Forscher des HZI zeigen nun, wie sich die Erreger vor dem Immunsystem verstecken: Yersinien fahren die Produktion des Giftstoffes CNFγ herunter, mit dem sie während einer akuten Infektion die Entzündung des befallenen Gewebes ankurbeln. In der Folge verringern sich die Entzündungsherde und die Erreger entziehen sich der Aufmerksamkeit des Immunsystems. Somit treibt die Abwesenheit des bakteriellen Virulenzfaktors CNFγ die Bakterien in die Persistenz.

Mittels einer Transkriptomanalyse konnten die Wissenschaftler an Labormäusen beobachten, welche Gene in den Bakterien und den Mäusen für diesen Vorgang eine Rolle spielen und welche nicht. Die Tiere wurden zuvor mit Y. tuberculosis infiziert. „Wir haben herausgefunden, dass die Produktion von CNFγ in den persistierenden, also den überdauernden Yersinien herunterreguliert ist“, sagt Dersch. „Ohne CNFγ sieht das Immunsystem die Bakterien nicht mehr, die Entzündungsreaktion geht zurück und die Mäuse überleben. Mit diesem Trick konnten sich die Yersinien monatelang im Blinddarm der Mäuse verstecken.“ Und auch aus Gewebeanalysen konnten sie entnehmen, dass es einen Unterschied zwischen akut und chronisch infizierenden Yersinien gibt. Im Akutzustand werden Mikrokolonien gebildet, die das Immunsystem schneller erkennen kann. Die persistierenden Bakterien kamen dagegen einzeln vor und waren schwerer zu finden.

Das Immunsystem der chronisch infizierten Mäuse war laut Dersch dauerhaft sehr leicht aktiv. „In der Folge könnten Antikörper gegen körpereigenes Gewebe gebildet werden, denn die Oberflächenstrukturen der Zellen ähneln zum Teil denen der Bakterien.“ Das könnte das gehäufte Auftreten von Arthritis bei Patienten erklären, die mit Yersinien infiziert sind. Weiterhin stellten die Wissenschaftler fest, dass die Sekretion von CNFγ im Rahmen einer Infektion Einflüsse auf den Darm hat: „Eine Yersinien-Infektion verschiebt die Zusammensetzung der Mikrobiota im Darm deutlich zugunsten entzündungsfördernder Bakterienarten“, so Dersch.