Chronische Infektionen mit dem Lungenkeim Pseudomonas aeruginosa verändern das Mikrobiom in der Lunge von Patienten mit Cystischer Fibrose (CF, Mukoviszidose). Eine frühzeitige Entdeckung und Bekämpfung von Infektionen könnte die Verschlechterung der Lungenfunktion verhindern. Die Ergebnisse der vom DZL geförderten Studie sind kürzlich in der Fachzeitschrift „European Respiratory Journal“ erschienen.

Entgegen früherer Annahmen sind auch die Atemwege samt der Lunge nicht steril, sondern – vergleichbar mit dem Darm – eine ökologische Nische für eine Vielzahl von Mikroorganismen, die zum Teil noch unbekannt sind. Ist diese ‚Lebensgemeinschaft‘ – das Mikrobiom – im Gleichgewicht, geht es dem Menschen gut, nehmen bestimmte schädliche Keime überhand, kann es zu Lungenentzündungen und Einschränkungen der Atemfunktion kommen.

DZL-Forschern gelang es nun, die für Mukoviszidose-Patienten wichtige Frage zu klären, ob ein gestörtes Mikrobiom eine chronische Infektion mit bestimmten Bakterien fördert, oder ob eine solche Infektion erst dazu führt, dass eine ‚normale Lebensgemeinschaft‘ verdrängt wird. „Unsere Befunde zeigen, dass Mikrobiom-Veränderungen die Folge, nicht aber die Ursache einer Infektion mit dem Bakterium Pseudomonas aeruginosa sind“, sagt DZL-Wissenschaftler Prof. Dr. Alexander Dalpke, stellvertretender Ärztlicher Direktor der Abteilung Medizinische Mikrobiologie und Hygiene am Universitätsklinikum Heidelberg (DZL-Standort TLRC).

Die Forscher analysierten dafür wiederholt gewonnene Proben, in denen dann entweder erstmalig oder regelmäßig das Bakterium Pseudomonas aeruginosa nachgewiesen wurde. Insgesamt wurden 392 Proben aus den Atemwegen von 71 Patienten untersucht – darunter auch Kleinkinder, von denen es bislang wenige Daten gab. Es zeigte sich, dass das Mikrobiom der Lunge aus über 100 verschiedenen, von Patient zu Patient sehr unterschiedlichen Spezies bestehen kann.

Mikrobiom-Untersuchungen durch Genom-Sequenzierung

Bei Patienten mit der erblichen Multiorganerkrankung Cystische Fibrose ist der Schleim in den Bronchien zähflüssiger als bei gesunden Menschen. Das zähe Sekret kann vom Flimmerepithel nur schwer abtransportiert werden und stellt deshalb ein Nährmedium für verschiedene Mikroorganismen dar, zu denen auch das bei der Cystischen Fibrose gefürchtete Bakterium Pseudomonas aeruginosa gehört, welches bei den Betroffenen zu einem schnelleren Verlust der Lungenfunktion führt. Klassischerweise werden Pseudomonas-Infektionen über Zellkulturen nachgewiesen.

Die Heidelberger Wissenschaftler nutzten jetzt ein Verfahren, mit dem sie Proben der Patienten molekularbiologisch untersuchen und die Mikrobiom-Zusammensetzung aufgrund von Gensequenzen feststellen können. Auf diese Weise war es möglich, Mikrobiom-Veränderungen in Patienten die chronisch, nur phasenweise oder noch gar nicht mit einer Pseudomonas-Infektion zu kämpfen haben, zu untersuchen.

„Bei Erstinfektionen könnte sich eine aggressive Therapie mit Antibiotika lohnen, um die Patienten nicht nur vor einer chronischen Infektion mit Pseudomonas zu schützen, sondern auch um weitere Mikrobiom-Veränderungen zu vermeiden“, so der Mikrobiologe Dalpke. Chronische Pseudomonas-Infektionen können mit Antibiotika nur noch unterdrückt werden, weil die Bakterien dazu neigen, sich zu adaptieren und sich in einem schützenden Biofilm zu verstecken. „Von Cystischer Fibrose betroffene Kinder bleiben bei frühzeitiger Bekämpfung einer Infektion länger Pseudomonas-frei und dies geht nach unseren Untersuchungen mit geringeren Veränderungen des Lungenmikrobioms einher“, fasst Dalpke zusammen.

Über 100 Arten können die Lunge besiedeln – welche Rolle spielen sie? - Ausblick

Unklar ist, ob die mehr als 100 verschiedenen Mikroorganismen, die im Laufe des Lebens aus den oberen Atemwegen die Lunge besiedeln, möglicherweise auch einen schützenden Effekt haben. „Möglicherweise sind Mikroorganismen dieser Gruppe, zu denen zum Beispiel Bakterien der Gattungen Neisseria, Veillonella und Prevotella gehören, sogar mit besseren Lungenfunktionen assoziiert. Dies wird zurzeit kontrovers diskutiert und wird Thema weiterer Forschungsarbeiten sein“, berichtet Dalpke.

 

Weitere Informationen / Quellen:

zur Pressemitteilung des Universitätsklinikums Heidelberg

Original-Publikation:

Boutin S, Graeber SY, Stahl M, Dittrich AS, Mall MA, Dalpke AH. Chronic but not intermittent infection with Pseudomonas aeruginosa is associated with global changes of the lung microbiome in cystic fibrosis. Eur Respir J 2017 50: 1701086. https://doi.org/10.1183/13993003.01086-2017

Kontakt am DZL-Standort Heidelberg (TLRC):

Prof. Dr. Alexander Dalpke
Zentrum für Infektiologie
Medizinische Mikrobiologie und Hygiene
Universitätsklinikum Heidelberg
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