Kampf gegen Legionellen: Die Rolle von Bakterien bei der Infektionskontrolle

Legionella-Bakterien sind ziemlich schlaue Störenfriede, die man in Wasser finden kann. Sie können eine ernste Krankheit namens Legionärskrankheit verursachen, die weltweit immer häufiger wird. Die bekannteste unter ihnen ist Legionella pneumophila, die für über 90 % der Fälle verantwortlich ist. Es gibt eine ganze Gruppe von über 70 anderen Legionella-Arten, von denen einige auch Menschen krank machen können. Während wir über L. pneumophila viel wissen, bekommt man von ihren weniger berühmten Verwandten nicht viel mit.

Diese Bakterien hängen oft in Gebäudewassersystemen und Kühlanlagen rum. Leider sind sie schwer loszuwerden, weil sie schlaue Tricks draufhaben, wie das Bilden von schützenden Schichten, die Biofilme genannt werden, und das Teamwork mit anderen winzigen Kreaturen namens Protisten.

#Bakterien zur Rettung

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler nach potenziellen Bakterien-Superhelden gesucht, die gegen Legionella kämpfen können. Einige Forscher haben diese Helden in fünf Gruppen unterteilt, je nachdem, wo sie herkommen. Dazu gehören Proteine von anderen Organismen, kleine Stücke von Proteinen, die im Labor hergestellt werden, antimikrobielle Peptide (die wie die Geheimwaffen der Bakterien sind), ätherische Öle (ja, das gleiche Zeug aus der Aromatherapie) und Substanzen, die Biosurfaktanten genannt werden (man kann sie sich wie die Seife der Bakterien vorstellen).

Allerdings wurden viele dieser Verbindungen im Labor entdeckt und funktionieren vielleicht nicht wirklich in der realen Welt, wo Legionella gedeiht.

#Ein Wettkampf der Bakterien

Die Forscher sind einen Schritt weiter gegangen und haben getestet, wie gut andere Bakterien aus Wasserquellen gegen Legionella kämpfen können. In einer Studie wurden 80 Bakterien aus Leitungswasser untersucht und es stellte sich heraus, dass etwa die Hälfte das Wachstum mindestens eines Legionella-Stammes verlangsamen konnte. Andere Studien fanden ähnliche Ergebnisse, wo bestimmte Bakterien gegen Legionella getestet wurden und unterschiedliche Erfolge hatten.

Interessanterweise waren die meisten Gewinner dieser Kämpfe hauptsächlich aus der Familie der Pseudomonas. Diese Bakterien sind bekannt dafür, dass sie allerlei Substanzen produzieren, die ihren Nachbarn, einschliesslich Legionella, schaden können.

Aber hier ist der Haken: Während wir wissen, dass einige Bakterien L. pneumophila stoppen können, wissen wir nicht viel darüber, wie sie mit anderen Legionella-Arten umgehen. Es ist ein bisschen so, als würde man sich nur auf einen einzigen Superheldenfilm konzentrieren und alle anderen Charaktere im Universum ignorieren.

#Unsere Mission

In dieser Studie haben wir beschlossen, mehr Bakterien zu finden, die gegen Legionella ankämpfen können, und zu schauen, wie sie gegen verschiedene Legionella-Arten abschneiden würden. Wir haben Wasserproben aus verschiedenen Orten in der Schweiz gesammelt und nach Bakterien gesucht, die uns helfen konnten.

Wir hatten folgende Ziele:

1. Bakterien zu finden, die das Wachstum von Legionella hemmen können.
2. Herauszufinden, wie gut verschiedene Legionella-Arten auf diese antagonistischen Bakterien reagieren.
3. Nach genetischen Werkzeugen zu suchen, die diese Bakterien haben könnten, um Verbindungen herzustellen, die im Kampf helfen könnten.

#Bakterien sammeln

Wir haben Wasserproben in speziellen Flaschen gesammelt und sie auf verschiedenen Wachstumsmedien plattiert, um zu sehen, wer wachsen kann. Nachdem wir ihnen ein paar Tage Zeit gegeben haben, haben wir verschiedene Kolonien ausgesucht und sie in flüssiger Form kultiviert, um sie für später zu speichern.

Für Legionella verwendeten wir einen Referenzstamm, um unsere Tests zu standardisieren. Dieser Stamm kam aus einer deutschen Sammlung von Mikroorganismen, und wir haben auch andere bekannte Legionella-Stämme aus der Schweiz beschafft.

#Der Spot-On-Lawn-Test

Um die Wirksamkeit der isolierten Bakterien zu bewerten, verwendeten wir eine Methode namens Spot-On-Lawn-Assays. So funktioniert’s: Wir züchteten Legionella auf Agarplatten und fügten dann unsere antagonistischen Bakterien hinzu, um zu sehen, ob sie das Wachstum von Legionella stoppen konnten. Wenn sie das konnten, sahen wir klare Zonen um die Bakterien herum, wo Legionella nicht wachsen konnte.

Wir fanden mehrere Isolate, die verschiedene Legionella-Stämme hemmen konnten. Dabei stellten wir fest, dass einige Bakterien erfolgreicher waren als andere, und wir hielten auch fest, wie wirksam jeder Antagonist war.

#Genomanalyse

Als nächstes schauten wir uns die Genome unserer ausgewählten Bakterien mit fortgeschrittenen Sequenzierungstechniken genauer an. Durch die Untersuchung ihrer DNA konnten wir potenzielle Verbindungen identifizieren, die erklären könnten, wie diese Bakterien Legionella hemmen.

Wir entdeckten einen Schatz an genetischen Clustern in den Genomen der Bakterien, die mit verschiedenen Verbindungen in Verbindung standen. Ein bedeutender Fund war etwas, das Non-Ribosomal-Peptid (NRP) biosynthetische Gencluster genannt wird, die oft für die Herstellung von starken antimikrobiellen Verbindungen verantwortlich sind.

Unter diesen Verbindungen hatten wir ein starkes Interesse an einer Substanz namens Viscosin. Das ist ein Lipopeptid, das von einigen Pseudomonas-Arten produziert wird und bekannt dafür ist, antimikrobielle Eigenschaften zu haben.

#Erfolgsprüfung

Um zu prüfen, ob die Verbindungen in den Überständen unserer ko-kultivierten Bakterien vorhanden waren, führten wir eine Flüssig-Flüssig-Extraktion durch. Dieser Prozess hilft dabei, die von unseren Bakterien produzierten Substanzen zu trennen, damit wir sie weiter analysieren konnten.

Bei unserer Analyse mit Flüssigkeitschromatographie und Massenspektrometrie bestätigten wir, dass Viscosin und andere verwandte Verbindungen tatsächlich vorhanden waren. Das war ein bedeutender Durchbruch, weil es darauf hindeutet, dass Viscosin ein wichtiger Faktor beim Hemmen von Legionella sein könnte.

#Legionella im Visier

Als wir das antagonistische Verhalten unserer Bakterien untersuchten, fanden wir eine Vielzahl von Hemmmustern gegen verschiedene Legionella-Arten. Einige Antagonisten waren richtig gut darin, spezifische Stämme zu stoppen, während andere ein breiteres Spektrum hatten. Zum Beispiel war L. anisa, eine Legionella-Art, besonders anfällig für mehrere unserer Antagonisten. Auf der anderen Seite hatten einige Stämme von L. pneumophila gemischte Ergebnisse, wenn sie denselben Antagonisten ausgesetzt waren.

Diese Variabilität legt nahe, dass verschiedene Legionella-Arten vielleicht gelernt haben, sich gegen bestimmte Bakterien zu wehren, während sie gegenüber anderen anfällig bleiben. Es ist ein bisschen wie ein Dodgeball-Spiel, wo einige Spieler bestimmten Würfen ausweichen können, während andere leicht getroffen werden.

#Gelerntes

Unsere Forschung hat die Bedeutung hervorgehoben, die Vielfalt sowohl von Legionella als auch von den Bakterien, die sie hemmen können, zu betrachten. Die Wechselwirkungen zwischen diesen mikrobialen Spielern können uns viel über ihre Rollen in der Umwelt sagen.

Darüber hinaus unterstützen unsere Ergebnisse die Idee, dass Biosurfaktanten wie Viscosin wertvolle Werkzeuge im Kampf gegen Legionella sein könnten. Diese Verbindungen könnten eine umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen chemischen Desinfektionsmitteln bieten, besonders in Bereichen wie Kühltürmen und Wassersystemen.

Obwohl mehr Forschung nötig ist, um zu verstehen, wie diese Interaktionen in realen Umgebungen ablaufen, sind unsere Ergebnisse ein Schritt nach vorne, um die Geheimnisse von Legionella und ihren Antagonisten zu entschlüsseln.

#Fazit

Am Ende haben wir herausgefunden, dass viele Bakterien verschiedene Legionella-Arten hemmen können, aber die Ergebnisse variieren. Das hebt die Notwendigkeit hervor, weiter zu forschen, wie Legionella-Arten mit anderen Mikroorganismen interagieren. Wir haben ausserdem Viscosin identifiziert, einen vielversprechenden Kandidaten für zukünftige Studien als umweltfreundliche Strategie zur Kontrolle von Legionella in verschiedenen aquatischen Umgebungen.

Mit ein bisschen Humor könnte man den Kampf zwischen guten Bakterien und Legionella mit einer Seifenoper vergleichen, in der Helden und Bösewichte ständig um die Aufmerksamkeit buhlen. Wer hätte gedacht, dass Bakterien so faszinierend sein können? Die mikrobielle Welt ist voller Drama und Potenzial, und wir kratzen gerade erst an der Oberfläche!

Letztlich können wir mitnehmen, dass die Natur ihre eigenen Wege hat, das Gleichgewicht zu halten, und dass wir durch das Studium dieser Interaktionen lernen können, sie zum Wohle aller zu nutzen.