Untersuchungen zum Quorum Sensing in E. coli Nissle 1917 (Mutaflor)

Einleitung: Der Begriff „Quorum sensing“ (QS) beschreibt ein Phänomen, welches Einzelbakterien erlaubt, die Zahl der Bakterien innerhalb einer Population über die Konzentration von bestimmten Botenstoffen/Signalmolekülen (sogenannte „Autoinducer“, AI-1 (Homoserinelaktone) oder AI-2 (Furanosyl-Borat-Diester)) zu messen. Dies ermöglicht der Bakterienpopulation komplexe bakterielle Verhaltensmuster, wie zum Beispiel die der Biofilmbildung oder der Virulenz, zu steuern. Das Probiotikum E. coli Nissle 1917 (Mutaflor) (EcN) wird erfolgreich bei verschiedenen Erkrankungen, insbesondere bei den chronisch entzündlichen Darmerkrankungen, eingesetzt. Der genaue Wirkmechanismus ist jedoch ungeklärt.

Ziele: Ob und welche Rolle QS bei Mutflor spielt, ist völlig unklar. Wir haben EcN auf die Produktion von AI-1 und AI-2 untersucht. Außerdem haben wir eine AI-2 Mutante hergestellt und in vitro, im Caco-2 Zellkulturmodell und im Mausmodell untersucht.

Methodik: Die AI-Moleküle aus dem Bakterienüberstand wurden mit verschiedenen QS Detektionssystemen analysiert bzw. extrahiert. Die QS-Mutante stellten wir mittels Insertion eines Introns in das luxS Gen her. Die Bakterien wurden im Zellkulturmodell sowie im DSS Colitis Mausmodell analysiert. Die Expression von Defensinen bzw. pro- und antiinflammatorischer Zytokine werden mithilfe der RT PCR untersucht.

Ergebnis: Während AI-1 nicht von Mutaflor produziert wird, wird AI-2 dichteabhängig in unterschiedlichen Mengen produziert. Die entsprechende Mutante synthetisiert kein AI-2 und ist in ihrer Motilität eingeschränkt. Die Überstände vom EcN Wildtyp wie auch von der Mutante induzieren die Expression von hBD-2 in Caco-2 Zellen gleichermaßen, während die hitzeinaktivierten Bakterien weniger stark induzieren. In der DSS Colitis Maus verhielten sich die Bakterien ähnlich. Sowohl die Gewichtsabnahme wie auch die histologischen Untersuchungen im Colon waren vergleichbar. Wildtyp wie Mutante kolonisieren ähnlich gut.

Schlussfolgerung: Wir haben QS erstmalig bei EcN untersucht. Während Homoserinelaktone (AI-1) nicht produziert werden, spielt AI-2 eine Rolle. Welchen Einfluss QS, abgesehen von der Motilität, bei Mutaflor hat, bleibt jedoch zu klären. Ob QS für den Wirkmechanismus von EcN mitverantwortlich ist, ist noch unklar.