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Bakterien-Evolution: Wie die Pest zum Todesbringer wurde

Erreger Yersinia pestis: Winzige Erbgutveränderungen machten das Bakterium zum Todesbringer Zur Großansicht
DPA/ Robert-Koch-Institut

Erreger Yersinia pestis: Winzige Erbgutveränderungen machten das Bakterium zum Todesbringer

Allein im 14. Jahrhundert starben etwa 50 Millionen Menschen an der Pest. Entstanden ist der Erreger aus einem relativ harmlosen Darmbakterium. Zwei Gen-Veränderungen machten es zum Todesbringer.

Bis heute ist die Pest nicht abschließend besiegt. Nun haben Forscher genauer untersucht, wie der tödliche Erreger entstanden ist. Wyndham Lathem und seine Kollegen von der Northwestern University Feinberg School of Medicine in Chicago haben die Fähigkeiten verschiedener Erregerstämme verglichen, die Krankheit auszulösen.

Ausgangspunkt war das Darmbakterium Yersinia pseudotuberculosis, das Krankheiten im Verdauungstrakt verursachen kann, ohne einem Säugetier oder dem Menschen wirklich gefährlich zu werden. Aus ihm hat sich das Bakterium Yersinia pestis entwickelt - der Auslöser der lebensgefährlichen Pest. "Jedoch ist nicht bekannt, wann Yersinia pestis die Fähigkeit erwarb, eine fulminante Lungenentzündung zu verursachen", schreiben die Forscher im Fachmagazin "Nature Communications".

Dem Todesenzym auf der Spur

Im Fokus der genetischen Analysen stand das Enzym Pla, das alle modernen Pesterreger herstellen können. Einige ältere Stämme, die noch in Wühlmäusen zu finden sind, können dies nicht. Dazu gehört Pestoides F, der bei Mäusen keine Lungenentzündung auslöst.

Das Team um Lathem versetzte Pestoides F durch eine genetische Veränderung in die Lage, Pla zu produzieren. Prompt löste der Erreger Lungenentzündungen aus.

Umgekehrt nahmen die Mikrobiologen dem modernen Erreger CO92 die genetische Fähigkeit, Pla zu synthetisieren. Die manipulierten CO92-Bakterien konnten sich zwar vermehren, aber in der Regel keine Lungenerkrankung erzeugen. Daraus schließen die Wissenschaftler, dass Pla die entscheidende Rolle spielt bei der Frage, wie stark sich der Pesterreger in der Lunge vermehrt.

Die Möglichkeit, Pla herzustellen, erhielt der Pesterreger durch ein Plasmid, einen ringförmigen Erbgutträger außerhalb der Chromosomen. Lathem und Kollegen vermuten, dass Yersinia pestis das Plasmid durch Genaustausch mit anderen Darmbakterien erworben hat.

Zwei entscheidende Mutationen

Zudem entdeckten die Forscher einen entscheidenden Unterschied zwischen älteren und jüngeren Stämmen: Beide Erregervarianten lösen eine Lungenentzündung aus, doch nur bei der jüngeren greift die Erkrankung auch rasch auf andere Organe wie die Milz über. Grund dafür ist offenbar eine einzelne Veränderung im genetischen Bauplan des Pla-Enzyms, berichten die Forscher.

Sie sehen das als Beleg, dass die Weiterentwicklung den Erreger befähigte, sich im ganzen Körper zu verbreiten. Erst mit den beiden Anpassungen - dem Hinzufügen des Pla-Enzym-Gens und dessen genetischer Anpassung - sei es möglich gewesen, dass das Bakterium die großen Pestpandemien in der späten Antike und im Mittelalter auslöste.

Antibiotika verhindern Pest-Pandemie

Einer früheren genetischen Studie zufolge ist der Pesterreger im Laufe der Geschichte immer wieder aus seinen Reservoiren in Nagetieren auf den Menschen übergegangen und hat Pandemien ausgelöst. Noch immer gebe es weltweit unter Nagetieren Varianten des Bakteriums, die erneut Pandemien auslösen könnten, berichteten die Forscher um David Wagner von der Northern Arizona University 2014. Allerdings sei eine große Pandemie aufgrund heutiger Antibiotika unwahrscheinlich.

Die Krankheit flackert weiterhin vor allem in Afrika immer wieder auf. Die Weltgesundheitsorganisation zählte allein 2013 insgesamt 783 Fälle, 126 der Erkrankten starben. Am stärksten betroffen sind demnach Madagaskar, der Kongo, aber auch Peru.

jme/dpa

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1.
Jens_78 30.06.2015
Mal immer schön rein mit den Breitbandantibiotka in Hühner, Kühe, Schweine und Kinder mit Halsschmerzen, dann klappts auch bald wieder mit 'ner bakteriologischen Pandemie ....
2. noch nicht ausgerottet
butzibart13 30.06.2015
So weit ich richtig informiert bin, ist es kürzlich ein junger Mann im Staate Colorado an Beulenpest gestorben. Auch in den USA scheint es hin und wieder Pestfälle zu geben. Der Einsatz von Antibiotika, der hierbei notwendig erscheint, hinterlässt allerdings angesichts der Resistenzen ein ungutes Gefühl
3. ...
Newspeak 30.06.2015
Weiß man jetzt wirklich so viel mehr? Daß die Fähigkeit eines Erregers, sich in einem bestimmten Organ besonders stark zu vermehren oder sich im Gesamtorganismus auszubreiten mit der Schwere der Krankheit zusammenhängt, ist Folklore. Daß es bei Pest an diesem einen Enzym liegt, nun gut, das ist (anscheinend) eine neue Erkenntnis. Was das Enzym genau macht, d.h. wie der molekulare Mechanismus dahinter ist, wird aber nicht mitgeteilt. Ebensowenig, was die Bevorzugung der Lunge und die Verbreitung im Gesamtorganismus miteinander zu tun haben, oder nicht? Bedeutet die höhere Rate zu Lungenentzündungen z.B. einfach, daß die Bakterien über die Lunge auch einfacher ins Blut übertreten können? Oder sind das zwei verschiedene Dinge? Wie verhält sich der aktuelle Befund z.B. bei den empirisch vorgefunden Unterscheiden bei Pestausbrüchen ausgelöst durch asiatische Murmeltiere und solche, die vor allem dem Rattenfloh anzulasten sind? Fazit: Der Beitrag enthält sehr wenige wirklich belastbare Fakten, viel Allgemeinwissen, aber wenig Neuigkeiten, noch mehr Spekulation und nachträgliches Erklären, ohne jedoch wirklich Beweise oder auch nur gute Argumente zu liefern. Schade, denn das Thema wäre wirklich interessant.
4. Sehr interessant...
christopherDecker 30.06.2015
Wenn der Mensch im Mittelalter kurz vor der Auslöschung gewesen war, dann kann dieser nur von Glück (oder Schicksal) reden, dass er immer noch lebt. Wie sieht es mit den Dinosauriern aus? Wir wissen (meistens) alle, dass ein großer Asteroid einst auf die Erde geprallt ist und daraufhin alle Dinos (verk. Form) ausgerottet worden sind. Es könnten eventuell auch Dinos durch eine Pandemie dahingerafft worden sein. Wie bei uns die Ratte uns beinahe dahin gerafft hat, könnte es doch vermutlich doch der Mensch gewesen sein, welcher auch eine gefährliche Art von Bakterium innehatte, woraufhin die Dinos infiziert wurden. Alle übrigen Dinos erlangen der riesigen Aschewolke. Wenn die Ratten es versucht haben, könnten die Vögel, Affen, usw. ihr übriges tun. Die Frage wäre: Warum will das eine Lebewesen, die vorherrschende Lebewesen umbringen?
5.
Brillalein 30.06.2015
Zitat von christopherDeckerWenn der Mensch im Mittelalter kurz vor der Auslöschung gewesen war, dann kann dieser nur von Glück (oder Schicksal) reden, dass er immer noch lebt. Wie sieht es mit den Dinosauriern aus? Wir wissen (meistens) alle, dass ein großer Asteroid einst auf die Erde geprallt ist und daraufhin alle Dinos (verk. Form) ausgerottet worden sind. Es könnten eventuell auch Dinos durch eine Pandemie dahingerafft worden sein. Wie bei uns die Ratte uns beinahe dahin gerafft hat, könnte es doch vermutlich doch der Mensch gewesen sein, welcher auch eine gefährliche Art von Bakterium innehatte, woraufhin die Dinos infiziert wurden. Alle übrigen Dinos erlangen der riesigen Aschewolke. Wenn die Ratten es versucht haben, könnten die Vögel, Affen, usw. ihr übriges tun. Die Frage wäre: Warum will das eine Lebewesen, die vorherrschende Lebewesen umbringen?
Es ist eher unwahrscheinlich, dass das Austerben der Dinos mit einem Erreger zusammen hing, allerhöchstens auf lokaler Ebene, und wenn, dann eher, bevor der Meteorit einschlug (vielleicht ein paar Millionen/100.000 Jahre davor). Zum Zeitpunkt des Einschlags war die Blütezeit der Saurier schon vorbei, viele der hochspezialisierten Tiere waren vorher schon ausgestorben, bedingt durch klimatische Veränderungen, unter Anderem hervorgerufen / mit beeinflußt durch die großen Vulkaneruptionen (u.A Dekkan Traps, Indien) uns Anpassungsprobleme an die veränderte Landschaft / das veränderte Nahrungsangebot durch die Entwicklung von Gräsern. Zu der Zeit müssten sich auch die großen Meeresströmungen und damit das Klima verändert haben, da der Atlantik sich öffnete. Es sind viele 'kleine' Punkte, die in der Summe die Katastrophe mit dem Meteoriten als Abschluß herbei geführt haben. Weit drastischer als das Sterben der Landtiere war übrigens die Dezimierung der Ozeanlebewesen. Ammoniten sind komplett ausgestorben, das Phyto- und Zooplankton wurde fast eliminiert.
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