Bakterien vermehren sich durch Magnesium: Mangel stoppt ihr Wachstum

Die Rolle von Magnesium bei der Abwehr von Erregern

Dem Körper stehen mehrere verschiedene Methoden zur Verfügung, um sich vor Krankheitserregern zu schützen. Nicht alle unsere Abwehrmechanismen wurden bereits entschlüsselt. Ein Forschungsteam aus Basel konnte nun einen neuen Mechanismus aufdecken, bei dem Magnesium eine zentrale Rolle spielt.

Froschende des Biozentrums der Universität Basel haben erstmals einen Prozess entschlüsselt, den Körperzellen nutzen, um sich vor bakteriellen Erregern wie Salmonellen zu schützen. Die Zellen erzeugen einen selbst herbeigeführten Magnesiummangel, um das Wachstum der Eindringlinge zu stoppen. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in dem renommierten Fachjournal „Science“ präsentiert.

Räuber und Gendarme im Organismus

Wenn pathogene Bakterien unseren Organismus befallen, wird unser Immunsystem aktiviert und es werden entsprechende Abwehrzellen freigesetzt. Die Bakterien reagieren darauf, indem sie sich in die Zellen des Wirts einnisten und sich so vor den patrouillierenden Abwehrzellen verstecken.

Was hat Magnesium mit Bakterien zu tun?

Doch auch der Wirt selber hat eine Strategie, um sich vor den ungebetenen Gästen zu schützen, wie das Baseler Forschungsteam kürzlich zeigte. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Verfügbarkeit von Magnesium. Der Mineralstoff ist ein zentrales Element vieler Stoffwechselenzyme. Bakterien benötigen Magnesium, um zu wachsen und sich zu vermehren. Sie nutzen dafür das verfügbare Magnesium aus den besetzten Zellen.

Versorgungshahn zugedreht

Das Team um Olivier Cunrath und Professor Dirk Bumann konnte zeigen, wie sich der Wirt gegen die Besetzer zur Wehr setzt. Die Zellen drehen den Bakterien einfach den Versorgungshahn zu, indem sie mithilfe eines Proteins vorhandenes Magnesium nach draußen befördert und so einen Magnesiummangel erzeugen.

Bakterien im Stress

Der erzeugte Magnesiummangel versetzt die Bakterien in einen Stresszustand. Sie verwenden sämtliche Energie, um an Magnesium zu gelangen, bleiben dabei aber weitgehend erfolglos. Folglich hören sie auf zu wachsen und sich zu vermehren.

Ein Protein entscheidet über den Erfolg

Die Wirtszelle kann den Magnesiummangel nur mithilfe eines Transportproteins namens NRAMP1 erzeugen. Das Team untersuchte diesen Zusammenhang an Salmonellen, die als bakterielle Krankheitserreger weit verbreitet sind. Sie nisten sich in den Fresszellen (Makrophagen) des Immunsystems ein. Es zeigte sich, dass der Erfolg der Abwehrstrategie stark von der Funktionstüchtigkeit des NRAMP1-Transporters abhängt.

Altes Rätsel gelöst

„Man weiß schon seit langem, dass NRAMP1 mit der Widerstandsfähigkeit gegen Infektionen in Verbindung steht“, berichtet Professor Bumann. Bislang wusste man jedoch nicht wie und warum. Ebenso war bislang unklar, dass NRAMP1 dazu verwendet wird, um Magnesium aus den Zellen herauszupumpen. „Das ist ein ganz neuer, unerwarteter Mechanismus“, erläutert der Forscher begeistert.

Die Achillesferse der Bakterien

„Magnesium ist für intrazelluläre Erreger die Achillesferse“, ergänzt Studienerstautor Cunrath. Je weniger davon vorhanden sei, desto mehr lechzen sie danach. Sie geraten in Stress und in Alarmbereitschaft – aktivieren alle Aufnahmesysteme für Magnesium und stagnieren schließlich bei der Vermehrung. „Ist die Pumpe in den Wirtszellen hingegen defekt, haben die Salmonellen genügend Magnesium, um schnell zu wachsen“, so Cunrath.

NRAMP1: Ein zentrales Protein im Immunsystem

Wie das Forschungsteam berichtet, haben Menschen und Tiere, die nur wenig NRAMP1 produzieren, eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber verschiedenen intrazellulären Erregern wie Salmonellen. Wenn dieses Protein gänzlich fehlt, verlaufen solche Infektionen bereits bei geringer Erregerzahl tödlich.

Neuer Ansatz gegen bakterielle Erreger

Die Studie bietet einen neuen Ansatz bei der Bekämpfung bakterieller Infektionen. Beispielsweise könnte man laut den Forschenden Medikamente entwickeln, die den Magnesiumhaushalt der Bakterien zusätzlich stören. So könnten die Erreger noch stärker ausgebremst werden und dem Organismus einen Vorteil verschaffen. (vb)