Parasitismus: Ein Bakterium mit einzigartigem Lebensstil

Nicht in Tümpeln oder der Tiefsee, sondern in unserer Spucke entdeckten Forscher eine neuartige Lebensform. Der seltsame Parasit liefert die Antwort auf ein medizinisches Rätsel.

Kathrin Burger

Petrischalen mit Bakterien — © iStock / kasto80 (Ausschnitt)

Für die einen ist sie einfach nur ein bisschen eklig, für die anderen ein faszinierender Mikrokosmos: Spucke. Abertausende Viren, Pilze, Protozoen, Archaeen und natürlich Bakterien tummeln sich in der Mundhöhle. Wo das mikrobielle Ökosystem im Gleichgewicht ist, fördert es die Gesundheit. Wo es aus dem Tritt gerät, ist oft eine Erkrankung nicht weit.

Als »Pförtner«, der Krankheitserregern den Zutritt verwehren kann, spielen die Bakterien eine entscheidende Rolle im Speichel. Rund 1000 Arten sind bekannt, schätzen Forscher. Doch es könnten gut und gern noch einmal so viele Arten im Verborgenen leben. Die »mikrobielle Dunkle Materie«, wie es im Fachjargon heißt, ist weitgehend unerforscht.

So kann es immer wieder zu handfesten Überraschungen kommen, wie im Fall von Jeff McLean, einem Zahnmediziner der Washington University, und seinem Team. Bei ihren Erforschungen des mikrobiellen Zoos in der Mundhöhle stießen sie auf eine Lebensform, wie sie bislang nahezu unbekannt war.

McLean und Kollegen gingen Keimen nach, die unter anderem hinter der Parodontitis stecken, der häufigsten Infektionskrankheit der Welt. Rund jeder zehnte Mensch ist betroffen, im Alter sogar jeder zweite. Ein zäher Biofilm in den Zahntaschen aus mehreren hundert Bakterienarten löst die Entzündung aus, die im Endstadium zu Zahnverlust führen kann und zudem das Risiko für Herzinfarkt, Rheuma, Fehlgeburten oder auch Autoimmunkrankheiten erhöht. Bei der Parodontitis sind es bestimmte krank machende Keime, insbesondere Actinomyces odontolyticus, die eine Immunreaktion anfachen.

TM7x zählt zu den rätselhaftesten Stämmen der mikrobiellen »Dunklen Materie«

Doch im Speichel seiner Probanden entdeckte McLean, dass Actinomyces odontolyticus nicht allein war. Den in manchen Fällen schien es, als würden die Erreger ihrerseits angegriffen: Sie trugen ein anderes Bakterium huckepack, das auf ihrer Membran saß und dort Nährstoffe abzweigte.

Bakterien, die andere Bakterien parasitieren

Bakterien, die andere Bakterien befallen, sind eine absolute Ausnahmeerscheinung. Mit Bdellovibrio war bislang nur eine weitere Gattung mit diesem Lebensstil bekannt. McLeans Entdeckung der ungewöhnlichen Lebensweise des TM7x genannten Bakteriums legt nun nahe, dass Wirt-Parasiten-Beziehungen in der Natur womöglich weiter verbreitet sind als bislang vermutet.

Aus einem weiteren Grund ist TM7x bemerkenswert: Er ist der erste bekannte Keim, der komplett abhängig ist von einem anderen Bakterium. Ohne die Hilfe von Actinomyces oder möglichen anderen Wirten ist TM7x nicht in der Lage, Aminosäuren zu bilden. Diese Fähigkeit ist jedoch essenziell für das Überleben einer Zelle, schließlich entstehen nur aus Aminosäuren lebenswichtige Proteine. Mit 700 Genen ist das Erbgut von TM7x zudem sehr klein.Escherichia coli hat rund 5000 Gene, bei A. odontolyticus sind es 2200.

Bei alldem ist TM7x kein Unbekannter. Im Gegenteil: Der TM7-Stamm, schreiben McLean und Kollegen, ist einer der rätselhaftesten der mikrobiellen Dunklen Materie überhaupt. Denn schon früher wurden seine Erbgutfragmente gefunden. Nur ließen sie sich damals keiner Lebensform zuordnen. Verwandte des neuen Keims, die zum TM7-Stamm gehören, spürte man bereits vor rund 20 Jahren das erste Mal durch Genanalysen auf. Die DNA-Schnipsel haben verschiedene Forschergruppen in unterschiedlichsten Habitaten aufgetan: in Boden, Meerwasser, Tiefseesedimenten, heißen Quellen und Termiten-Gedärm. Auch beim Menschen siedelt TM7 nicht nur in der Mundhöhle, sondern ebenso im Magen-Darm-Trakt, auf der Haut und im Genitaltrakt. Analysen von Steinzeitmenschen zeigen zudem, dass TM7 in verkalkten Zahnplaques steckt und darum bereits vor der Einführung von verarbeitetem Zucker während der industriellen Revolution zum menschlichen Mikrobiom zählte.

Was das Team um McLean schließlich in der Mundhöhle beobachte, dürfte allerdings kein Fall von klassischem Parasitismus sein. Denn zumindest in der Anfangsphase springt offenbar auch für Actinomyces odontolyticus etwas dabei heraus. Mit Hilfe von TM7x kann sich das Bakterium ungleich besser in weiße Blutkörperchen einschleusen und diese kampfunfähig machen. Der Körper vermag dadurch Infektionen in den Zahntaschen nicht mehr so gut abzuwehren. Normalerweise werden die Actinomyces-Keime von den weißen Blutkörperchen ganz gut in Schach gehalten.

Dass das TM7x mit einem erhöhten Krankheitsrisiko einhergeht, hatten schon frühere Studien nahegelegt. So wurden hohe Konzentrationen seines Erbguts bei Menschen mit Zahnfleischproblemen und zystischer Fibrose gefunden. Und während TM7x-Keime bei Gesunden nur rund ein Prozent der Bakterien ausmachen, sind es bei Parodontitis-Patienten bis zu 20 Prozent. McLean hat zudem beobachtet, dass der Wirt gegen das Antibiotikum Streptomyzin immun wird, wenn er von TM7x befallen ist.

TM7x ist im Grunde kein Unbekannter

Das Zusammenleben der beiden Gefährten währt jedoch nur, solange die Nährstoffversorgung ausreichend ist. Bei Mangel tötet TM7x seinen Wirt, indem er ihm regelrecht Löcher in die schützende Zellmembran bohrt und ihn quasi ausbluten lässt. Im Mikroskop haben die US-Forscher auch beobachtet, dass sich die Form der Actinomyces-Zelle während der Belagerung verändert. Allein sind Actinomyces-Keime kurz und stabförmig. Wenn sie infiziert sind, werden sie länger und fadenförmig. »Das ist ein sehr dynamischer Prozess«, sagt McLean. »Wie sich TM7x vermehrt und einen anderen Wirt findet, ist bislang aber unklar.«

Bisher standen alle, die sich für die TM7-Keime interessierten, vor dem Problem, dass sich die Bakterien nicht im Labor kultivieren ließen – und sich darum einer genaueren Bestimmung entzogen. Erst jetzt, als das Team der Washington University die Partner gemeinsam untersuchte, kamen sie der außergewöhnlichen Liaison und schließlich ihrer Identität auf die Schliche.

McLean hofft, dass seine Forschung weitere Möglichkeiten aufzeigt, um Krankheiten zu bekämpfen oder auch den steigenden Antibiotikaresistenzen Einhalt zu gebieten. Viele der durch neue Suchmethoden aufgespürten Bakterien sind wahre Naturtalente in Sachen Antibiotikaproduktion. Und wer weiß, welche Mikroben die Dunkle Materie in und um den menschlichen Körper sonst noch beherbergt?