3-D-Aufnahmen: Film zeigt Ausbreitung einer Infektion in Echtzeit

Erst erobern die Keime den Dünndarm der Maus, dann formieren sie sich im Blinddarm zum Angriff auf das ganze Organ: Forschern ist es gelungen, den Ablauf einer Infektion bei einer lebenden Maus in Echtzeit mitzuverfolgen. Die Technik soll helfen, Antibiotika und Impfstoffe zu optimieren.

Imperial College London

Ein Mausskelett dreht sich um die eigene Achse, noch ist nichts Auffälliges zu erkennen. "Day 0" steht unter der Aufnahme, Tag null. Die Beobachtung beginnt. Tag eins, das Bild wandelt sich. Kurz unterhalb der Wirbelsäule des Säugers, dort wo der Verdauungstrakt sitzt, erscheinen grün-gelbe Flecken, sie bilden einen diffusen Kreis, verschmelzen in den Tagen drei, vier und fünf zu einem grellgelben Punkt, vermehren sich. An Tag acht prangen vier gelbe Punkte wie Perlen auf einer Kette unterhalb der Wirbelsäule des Tiers.

Was im Video erscheint, wie ein paar einfache Farbklekse auf einem Röntgenbild, könnte die Entwicklung neuer Medikamente in Zukunft erleichtern: Forschern des neugegründeten MRC Centre for Molecular Bacteriology and Infection am Imperial College Londons ist es gelungen, die Verbreitung einer Infektion in einem lebenden Tier in Echtzeit mitzuverfolgen.

Ihre dreidimensionalen Aufnahmen, die für das Video zusammengeschnitten wurden, zeigen, wie ein Bakterium den Darm des Nagers erobert und schließlich von dessen Immunsystem zurückgedrängt wird. Mit Hilfe der Technik will das Team um Gad Frankel im Detail erforschen, wie sich Bakterien in Lebewesen verbreiten und das Immunsystem auf sie reagiert.

Die infizierten Stellen der Maus leuchten

Die Methode der Forscher basiert auf einem scheinbar simplen Trick: Für ihre Aufnahmen infizierten sie eine Maus mit einem weitverbreiteten Darmbakterium, welches sie mit Hilfe einer genetischen Veränderung zum Leuchten gebracht hatten. Anschließend setzten die Forscher die kranke Maus täglich in eine dunkle Box und filmten, wo aus ihrem Inneren Licht entwich. Auf diese Weise gelang es ihnen, die Ausbreitung der Bakterien im Verdauungstrakt detailliert zu rekonstruieren. Je intensiver es leuchtete, desto mehr Bakterien hatten sich in seinem Darm angesiedelt.

Am ersten Tag der Infektion beschränkten sich die Bakterien ausschließlich auf den Dünndarm, der dem Magen folgt. In den nächsten Tagen konnten die Forscher beobachten, wie sich die Bakterien immer weiter vermehrten. Dabei eroberten sie jedoch nicht etwa den ganzen Darm, sondern sammelten sich im Blinddarm. Auf den Aufnahmen erschien an der Stelle ein grellgelber Fleck, der Rest des Darms blieb dunkel. "Wir gehen davon aus, dass sich das Bakterium dort an die Umgebung im lebenden Wirt angepasst haben", sagt Frankel.

Am sechsten Tag schließlich zeigte sich auf den Aufnahmen der Forscher, wie sich das Bakterium schlagartig ausbreitete, am achten Tag prangte eine Reihe gelber Flecken unter der Wirbelsäule des Tieres. Dann machte sich das Immunsystem der Maus bemerkbar, Stück für Stück drängte es die Bakterien zurück - in umgekehrter Reihenfolge. Zuerst verschwanden die Bakteriensiedlungen im Dickdarm, als Letztes glomm es noch aus dem Blinddarm. Am 15. Tag war kein Leuchten mehr zu sehen - die Maus hatte die Infektion besiegt.

Bakterium Verwandter des Ehec-Erregers

"Ziel der Methode ist, neue Möglichkeiten zu entwickeln, um Bakterien zu bekämpfen", sagt Frankel. Der beobachtete Darmkeim ist dafür bereits ein gutes Beispiel: Das Bakterium Citrobacter rodentium, mit dem die Forscher die Maus infiziert haben, ist ein Verwandter des bei Menschen weitverbreiteten Darmkeims E. coli. In der Regel ist dieser für Menschen harmlos. Eine E. coli-Mutation hatte im vergangenen Frühjahr jedoch die Ehec-Epidemie ausgelöst. Die Studien am Mausmodell könnten daher möglicherweise Rückschlüsse darauf zulassen, wie sich der Ehec-Erreger im Menschen verhält und das Immunsystem auf ihn reagiert.

Die Visionen der Forscher gehen jedoch noch weit über die reine Beobachtung der Bakterien und des Immunsystems hinaus: "Mit unserer Ausrüstung könnten wir in einem lebenden Tier sichtbar machen, wie Antibiotika und Impfstoffe funktionieren. Das ist etwas, das vor uns noch niemand gemacht hat", sagt Frankel dem britischen Sender BBC. Bis dahin ist es allerdings noch ein langer Weg, wie auch der Forscher weiß: "Noch kratzen wir mit unserer Methode nur an der Oberfläche dessen, was wir wahrscheinlich einmal mit ihr realisieren können werden."

irb

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