Neue Erkenntnisse über die Ausbreitung von Salmonellen und die Auswirkungen von Antibiotika

Salmonella enterica ist ein schädlicher Keim, der weltweit viele Krankheiten und sogar Todesfälle verursachen kann. Es gibt über 2.000 verschiedene Typen, von denen einige schwere Erkrankungen wie Typhus auslösen können. Während viele Typen normalerweise den Darm betreffen, gibt es immer mehr Fälle, in denen sie auch ausserhalb des Darms Infektionen verursachen.

Dieser Keim kann in vielen verschiedenen Tieren überleben und sowohl innen als auch aussen in ihren Zellen wachsen. Wissenschaftler untersuchen, wie dieser Keim Krankheiten verursacht, indem sie Mäuse verwenden, die oft als Modelle in Laboren eingesetzt werden. Ein häufiger Typ von Salmonella, der in diesen Studien verwendet wird, ist S. Typhimurium. Bei Mäusen kann sich dieser Keim im ganzen Körper ausbreiten, und Forscher haben viel darüber gelernt, wie er vom Darm in andere Organe wandert.

#Verfolgung von Salmonella

Forscher sind daran interessiert, wie Salmonella sich während Infektionen verhält, insbesondere wie sich die Populationen dieser Keime in verschiedenen Körperteilen verändern. Eine nützliche Methode dafür ist die Verwendung einzigartiger genetischer Markierungen, die Barcodes genannt werden. In der Vergangenheit wurden nur wenige Barcodes verwendet, was es schwer machte, detaillierte Informationen zu erhalten. Um das zu verbessern, entwickelten Forscher eine Vielzahl von Barcodes, damit sie das Verhalten des Keims genauer beobachten konnten.

Mit einer grossen Bibliothek von über 55.000 Barcodes können Wissenschaftler verfolgen, wie viele Bakterien nach der Einführung in die Mäuse überlebt haben und wie sich diese Bakterien im Körper verbreiten. Dieser Ansatz kann helfen herauszufinden, wo die Bakterien Schwierigkeiten haben zu wachsen und wie sie andere Teile des Körpers angreifen.

#Einfluss von Antibiotika

Eine wichtige Entdeckung betrifft die Rolle von Antibiotika, speziell Streptomycin, bei der Verbreitung von Salmonella. Streptomycin wird oft genutzt, um Mäuse anfälliger für Salmonella-Infektionen zu machen, indem die Anzahl hilfreicher Bakterien in ihrem Darm reduziert wird. Als die Forscher den Mäusen Streptomycin gaben, bevor sie S. Typhimurium einführten, fanden sie heraus, dass die Bakterien sich leichter und in grösseren Mengen verbreiten konnten.

Infektionen bei mit Streptomycin behandelten Mäusen zeigten signifikante Veränderungen. Zum Beispiel verloren diese Mäuse schneller Gewicht und hatten höhere Bakterienmengen in ihren Fäkalien. Beobachtungen zeigten, dass unbehandelte Mäuse die Bakterien über die Zeit allmählich abgaben, während mit Streptomycin behandelte Mäuse viel grössere Mengen schnell abgaben.

#Messungen der bakteriellen Verbreitung

Die Forscher massen die Menge an S. Typhimurium in verschiedenen Organen, um zu sehen, wie die Antibiotikabehandlung die Verbreitung der Bakterien beeinflusste. Sie stellten einen signifikanten Anstieg der Bakterien im Darm der behandelten Mäuse im Vergleich zu den unbehandelten Mäusen fest, was auf eine entspanntere Barriere zur Kolonisierung hinweist. Jedoch zeigte die Menge an Bakterien in anderen Organen wie der Milz und der Leber keinen grossen Unterschied zwischen behandelten und unbehandelten Mäusen.

#Verständnis der Populationsdynamik

Um besser zu verstehen, wie gut S. Typhimurium sich verbreitet, untersuchten die Forscher die Gründungspopulationen im Darm. Sie entdeckten ein hohes Mass an Variation in der Anzahl dieser Gründungsgemeinschaften unter unbehandelten Mäusen, was darauf hindeutet, dass jede Maus unterschiedliche Erfahrungen mit der Infektion gemacht hat. Das Vorhandensein variierender Bakterienmengen zeigt, dass einige Mäuse grössere Herausforderungen hatten, um den Keim erfolgreich zu beherbergen.

Nach der Streptomycinbehandlung jedoch erhöhten sich die Barrieren für diese Bakterien, was es mehr von ihnen ermöglichte, im Darm zu gedeihen. Dies war eine entscheidende Entdeckung, da sie zeigte, dass Antibiotika das Gleichgewicht und die Dynamik beeinflussen können, wie Salmonella sich im Körper verhält.

#Untersuchung bakterieller Kompartimente

Weitere Analysen zeigten, dass in unbehandelten Mäusen verschiedene Teile des Darms unterschiedliche Gruppen von Bakterien beherbergten. Das bedeutet, dass die Bakterien sich im Darmtrakt nicht gut vermischten. Diese Kompartimentierung deutete darauf hin, dass Salmonella in separaten Regionen mit begrenztem Austausch wuchs. Im Gegensatz dazu waren die Bakterienpopulationen bei mit Streptomycin behandelten Mäusen viel ähnlicher im gesamten Darm, was auf eine erhöhte Durchmischung hindeutet.

Die Forscher schauten sich auch an, wie sich diese Muster der Bakterienpopulationen änderten, wenn man Fäkalproben betrachtete. Sie fanden heraus, dass unbehandelte Mäuse Fäkalproben hatten, die oft ganz anders waren als das, was im Darm war, was darauf hindeutet, dass vieles von dem, was im Darm lebte, nicht in den Fäkalien ausgeschieden wurde. Das änderte sich mit der Streptomycin-Behandlung, bei der mehr Ähnlichkeit in den Bakterienpopulationen zwischen dem Darm und den Fäkalproben bestand, was darauf hindeutet, dass mehr Bakterien ins Kot übergingen.

#Frühe Verbreitung von Salmonella

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Forschung war das Verständnis, wie früh Salmonella zu anderen Organen streut. Es wurde festgestellt, dass S. Typhimurium kurz nach der Infektion beginnt, sich auszubreiten, selbst bevor es sich in grossen Mengen im Darm etabliert hat. Durch den Vergleich von Proben aus der Leber mit denen aus dem Darm stellten die Forscher fest, dass es nur wenig Austausch zwischen diesen Populationen gab, was die Idee unterstützt, dass die Bakterien zur Leber streuen, bevor sie im Darm replizieren.

#Untersuchung verschiedener Infektionswege

Um die Auswirkungen verschiedener Infektionswege zu testen, verglichen die Forscher die orale Einnahme (entweder durch Zwangsfütterung oder Trinken) mit einer direkten Injektion in den intraperitonealen Raum (IP) oder in den Blutkreislauf (IV). Interessanterweise boten sowohl IP- als auch IV-Injektionen einen direkteren Weg für die Bakterien, verschiedene Organe zu erreichen, ohne die engen Engpässe zu erleben, die bei oralen Wegen vorkommen.

Als S. Typhimurium über orale Wege eingeführt wurde, sah es oft erhebliche Barrieren im Darm, während direkte Injektionen zu einer schnelleren und einfacheren Kolonisierung in Organen wie Leber und Milz führten. Diese Erkenntnisse heben hervor, dass der orale Weg eine grössere Herausforderung für die Bakterien darstellt, als wenn sie den Darm umgehen.

#Wiederbesiedlung des Darms

Die Forscher untersuchten auch, wie Salmonella nach der Ausbreitung zurück in den Darm gelangen kann. Es wurde beobachtet, dass S. Typhimurium aus extraintestinalen Bereichen, wie der Galle, in den Darm zurückkommen kann. Als die Bakterien in der Galle gefunden wurden, führten sie oft zu einer gleichmässigeren bakteriellen Population im Darm, insbesondere wenn es sichtbare Pathologien in der Galle gab. Dies deutet auf eine Verbindung zwischen der Gesundheit der Gallenblase und der Fähigkeit der Bakterien hin, wieder in den Darmtrakt einzutreten.

#Gallenblasenpathologie

Weitere Untersuchungen zeigten, dass Galle mit bestimmten Pathologien, wie Trübung oder Verhärtung, mit einer höheren Belastung von S. Typhimurium korrelierte. Diese Beziehung deutet darauf hin, dass beeinträchtigte Galle ein besseres Überleben und eine bessere Replikation der Bakterien ermöglichen könnte. Die meisten der Mäuse mit verhärteter Galle waren weiblich, was auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Geschlecht und Schwere der Infektion hinweist.

#Fazit

Durch die Verwendung einer grossen Bibliothek von barcodierten S. Typhimurium haben die Forscher wertvolle Einblicke gewonnen, wie sich dieser Keim im Körper verbreitet. Die Ergebnisse betonen, dass die Mikrobiota des Darms eine grosse Rolle bei der Kontrolle des Verhaltens von Salmonella spielt und dass Antibiotika wie Streptomycin die Dynamik der Infektion erheblich verändern können. Durch das Verständnis dieser Wechselwirkungen können die Forscher das komplexe Verhältnis zwischen Salmonella und seinen Wirten besser erfassen und Wege für verbesserte Behandlungsstrategien für durch diesen Erreger verursachte Infektionen ebnen.