Die Verbindung zwischen Typhus-Toxinen in Salmonella

Typhoid-Toxin kommt von einem Bakterium namens Salmonella Enterica Serovar Typhi (S. Typhi). Dieses Bakterium ist bekannt dafür, Typhusfieber auszulösen, was eine ernsthafte Krankheit ist, die viele Leute betrifft, besonders an Orten mit schlechter Hygiene. Typhoid-Toxin besteht aus verschiedenen Teilen: zwei aktive Untereinheiten, die PltA und CdtB heissen, und einer Liefereinheit namens PltB. Manchmal gibt's auch noch eine andere Liefereinheit, die PltC heisst.

S. Typhi produziert dieses Toxin in den Wirtszellen, nachdem es in sie eingedrungen ist. Das Toxin wird dann freigesetzt und bindet an bestimmte Rezeptoren in anderen Zellen im Körper, was Schaden anrichtet. Die Liefereinheiten helfen dem Toxin, diese Rezeptoren zu erreichen, indem sie sich mit bestimmten Molekülen auf der Zelloberfläche verbinden.

Der Hauptschaden durch Typhoid-Toxin wird von CdtB verursacht, das die DNA in den Zellen schädigen kann. Dieser Schaden kann verhindern, dass sich Zellen richtig teilen, und kann zur Zellalterung führen. Typhoid-Toxin ist ein wichtiger Faktor, der S. Typhi hilft, Krankheit zu verursachen und könnte ihm auch helfen, lange Zeit im Wirt zu überleben.

#Verstehen von Salmonella

Salmonella besteht aus zwei Hauptarten: S. enterica und S. bongori. Die meisten Stämme von S. bongori und einige Stämme von S. enterica infizieren normalerweise kaltblütige Tiere. S. enterica ist allerdings gut angepasst, um warmblütige Tiere, einschliesslich Menschen, zu infizieren. Diese Art ist für die meisten menschlichen Infektionen verantwortlich.

Interessanterweise findet man Typhoid-Toxin nicht in vielen Typen von S. enterica, die häufig Lebensmittelvergiftungen verursachen, aber ähnliche genetische Elemente, die mit Typhoid-Toxin zu tun haben, sind in einigen anderen Stämmen vorhanden. Typhoid-Toxin wird manchmal in einzelnen Stämmen verschiedener Salmonella-Typen gesehen, die es normalerweise nicht tragen.

Forschung zeigt, dass es genetische Verbindungen zwischen S. bongori und den toxinerzeugenden Teilen von S. Typhi gibt. Das deutet darauf hin, dass die Fähigkeit von S. Typhi, Typhoid-Toxin zu produzieren, möglicherweise von S. bongori stammt.

#Die Vielfalt des Typhoid-Toxins

Als Wissenschaftler die genetischen Sequenzen von PltB, der Liefereinheit des Typhoid-Toxins, untersuchten, fanden sie viele verschiedene Versionen in verschiedenen Salmonella-Stämmen. Sie schauten sich diese Sequenzen an und erstellten ein Diagramm, das zeigt, wie ähnlich oder unterschiedlich sie sind. Sie fanden 23 verschiedene Versionen von PltB, die alle weniger als 90% Ähnlichkeit zu den anderen hatten.

Die meisten PltB-Sequenzen, die zu S. enterica gehören, sind eng mit dem PltB von S. Typhi verwandt. Währenddessen zeigen Sequenzen von S. bongori eine starke Verbindung zu S. Typhis PltB, was darauf hindeutet, dass sie einen gemeinsamen Vorfahren haben. Die Analyse ergab, dass das PltB von S. Typhi ähnlicher zu S. bongoris PltB ist als zu vielen anderen Varianten in S. enterica.

Forscher schauten sich auch die Genome von S. bongori an und fanden heraus, dass jedes von ihnen eine Version des Typhoid-Toxins hat. Das weist darauf hin, dass das Gen für Typhoid-Toxin ein wichtiger Teil des Kern-Genoms von S. bongori ist und wahrscheinlich uralte Ursprünge in dieser Art hat. Bei S. bongori ist das Typhoid-Toxin Teil einer grösseren Gruppe von Genen, die zu seiner Fähigkeit beitragen, Krankheiten zu verursachen.

#Die Evolution des Typhoid-Toxins

Durch den Vergleich der genetischen Sequenzen von S. bongori und S. Typhi fanden Wissenschaftler heraus, dass die beiden Stämme bestimmte Teile ihrer DNA teilen. Diese gemeinsamen Regionen deuten darauf hin, dass die Toxin-Gene von S. Typhi möglicherweise von einem Vorfahren stammen, der ähnliche Toxin-Gene von S. bongori hatte.

Diese Beweise legen nahe, dass S. Typhi das Typhoid-Toxin nicht direkt von S. bongori übernommen hat, sondern wahrscheinlich mehrere Schritte durchlaufen hat, in denen andere Faktoren wie Phagen, also Viren, die Bakterien infizieren können, beteiligt waren. Es ist möglich, dass der S. bongori-Stamm seine Toxin-Gene an eine frühe Version von S. enterica, speziell die Klade B-Version, durch einen Prozess mit Phagen übertragen hat.

#Testen der Wirksamkeit von Typhoid-Toxinen

Um besser zu verstehen, wie S. bongoris Typhoid-Toxin im Vergleich zu dem von S. Typhi wirkt, führten Forscher Experimente durch. Sie modifizierten S. Typhi, um seine Toxin-Gene zu entfernen, und führten die Toxin-Gene von S. bongori ein. Sie schufen mehrere Mutantenstämme von S. Typhi mit diesen getauschten Genen und testeten, wie gut sie menschliche Zellen schädigen konnten.

Die Ergebnisse zeigten, dass die S. Typhi-Stämme mit dem S. bongori-Toxin viel effektiver in der Schädigung menschlicher Zellen waren als das ursprüngliche S. Typhi. In ihren Tests konnten die neuen Stämme sogar bei niedrigeren Dosen als das ursprüngliche S. Typhi erheblichen Schaden anrichten.

Sie überprüften auch die Expressionslevel der Toxin-Gene und fanden kleine Unterschiede zwischen dem S. Typhi mit seinem ursprünglichen Toxin und dem mit dem S. bongori-Toxin. Das deutet darauf hin, dass die erhöhte Wirksamkeit des S. bongori-Toxins vielleicht nicht auf die Menge des produzierten Toxins zurückzuführen ist, sondern darauf, wie gut es gegen menschliche Zellen wirkt.

#Auswirkungen der Ergebnisse

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Typhoid-Toxin von S. bongori eine uralte Form ist, die möglicherweise die Typhoid-Toxine in S. Typhi und anderen verwandten Salmonella-Stämmen, die mit menschlichen Infektionen in Verbindung stehen, hervorgebracht hat. Es ist unwahrscheinlich, dass S. Typhi das Toxin direkt von S. bongori geerbt hat; stattdessen ist die Übertragung wahrscheinlich durch Zwischenhändler wie Phagen erfolgt.

Die Studie zeigt, dass die Fähigkeit von S. bongoris Toxin, menschliche Zellen effektiv anzugreifen, wahrscheinlich eine Schlüsselrolle bei seinem Erfolg gespielt hat, in menschlich zielenden Salmonella-Stämmen vorherrschend zu werden. Diese Anpassungsfähigkeit ist entscheidend, da Toxine richtig mit den Rezeptoren der Wirtszellen interagieren müssen, um wirksam zu sein.

Wissenschaftler bemerkten auch, dass S. Typhis PltB, das mit menschlichen Rezeptoren interagiert, speziell für diesen Zweck evolviert ist. Menschen haben nicht die gleichen Rezeptoren wie andere Tiere, was die Interaktion von S. Typhis Toxin sehr spezifisch für Menschen macht.

#Fazit

Zusammenfassend haben Forscher gezeigt, dass die Typhoid-Toxine, die in S. Typhi und S. bongori gefunden werden, eng verwandt sind, wobei das Toxin von S. bongori möglicherweise die ältere Version ist. Die Fähigkeit des S. bongori-Toxins, menschliche Zellen effektiver zu schädigen als das native Toxin von S. Typhi, deutet darauf hin, dass dieses Toxin eine bedeutende Rolle in der Evolution und Verbreitung von Typhus gespielt hat. Diese Erkenntnisse vertiefen unser Verständnis darüber, wie bakterielle Toxine sich entwickeln und an ihre Wirte anpassen, was entscheidend ist, um bessere Strategien zur Bekämpfung bakterieller Infektionen zu entwickeln.