Identification and characterization of the mechanisms of mast cell-mediated protection from bacterial skin wound infection by Pseudomonas aeruginosa
Final Report Abstract
Neuer Mechanismus der Bakterienabwehr bei der Wundheilung - Lassen sich Wundinfektionen ohne Antibiotika vermeiden? Wenn eine Wunde sich entzündet und schlecht heilt, hat das zum Teil schwerwiegende Folgen für die Betroffenen. Mit diesem Projekt konnte ein körpereigener Abwehrmechanismus aufgedeckt werden, mit dem die Haut Bakterien aktiv abtötet. Dabei spielt der Botenstoff Interleukin-6 eine zentrale Rolle. Sein Wirkprinzip könnte zukünftig genutzt werden, um Wundinfektionen ohne Antibiotika vorzubeugen. Wird verletzte Haut von Bakterien oder anderen Krankheitserregern besiedelt, kann es zu schweren Entzündungen kommen. Diese ziehen im schlimmsten Fall eine lebensbedrohliche Blutvergiftung nach sich oder können eine Amputation nötig machen. Eine umgehende Behandlung der Wunde ist daher essenziell. Die steigende Zahl von Bakterien, die gegen Antibiotika Resistenzen entwickelt hat, schränkt die Therapiemöglichkeiten jedoch inzwischen deutlich ein. In diesem durch die DFG geförderten Projekt ist es gelungen einen körpereigenen Mechanismus zu entdecken, der sich möglicherweise zur antibiotikafreien Vorbeugung von Wundinfektionen nutzen lässt. Es wurde der Annahme nachgegangen, dass sogenannte Mastzellen daran beteiligt sein könnten, die Erreger auf der verletzten Haut abzuwehren. Mastzellen sind eine Art Wächter des Immunsystems, die für ihre zentrale Rolle bei Allergien bekannt sind: Sie sind dafür verantwortlich, dass der Körper auf eigentlich harmlose Reize mit Symptomen wie einer laufenden Nase oder Juckreiz reagiert. Wissenschaftler gehen jedoch davon aus, dass diese fehlgeleitete Reaktion des Immunsystems nicht die einzige Funktion von Mastzellen sein kann. Einige Forschungsergebnisse legen nahe, dass sie auch bei der Abwehr von Krankheitserregern eine Rolle spielen. Unser Team ergründete daher, ob und wie Mastzellen bei infizierten Wunden an der Bakterienabwehr und Heilung beteiligt sind. Untersuchungen am Tiermodell zeigten, wie sich das Fehlen von Mastzellen auf die Heilung infizierter Wunden auswirkt. Es wurde beobachtet, dass die Zahl der Bakterien fünf Tage nach der Infektion um das 20-Fache höher lag, wenn die Mastzellen fehlten. Infolgedessen dauerte es mehrere Tage länger, bis sich die infizierte Wunde vollständig schloss. Wie sich herausstellte, erzielen die Mastzellen die bakterienabtötende Wirkung dadurch, dass sie den Botenstoff Interleukin-6 ausschütten. Interleukin- 6 wiederum regt die Zellen der obersten Hautschicht dazu an, sogenannte antimikrobielle Peptide in die Wunde abzugeben. Diese kurzen Eiweißketten töten Bakterien, Viren und Pilze ab – und zwar auf andere Art und Weise als Antibiotika. Schließlicht wurde das Wissen um die zentrale Funktion des Botenstoffs Interleukin-6 zunutze gemacht: Eine Behandlung der Wunde mit dem Botenstoff vor der Infektion führte selbst bei intaktem Immunsystem zu einer besseren Bakterienabwehr. Dieser Effekt konnte auch in menschlichem Gewebe nachgewiesen werden. Prinzipiell wäre somit eine Anwendung von Interleukin-6 oder Substanzen mit ähnlicher Wirkweise zur Vermeidung von Wundinfektionen denkbar.
Publications
- Mast cells are critical for controlling the bacterial burden and the healing of infected wounds. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019; 116: 20500-20504
Zimmermann C, Troeltzsch D, Giménez-Rivera VA, Galli SJ, Metz M, Maurer M, Siebenhaar F
(See online at https://doi.org/10.1073/pnas.1908816116)
