Die Bedeutung der Lungenflora für den Schutz vor Pneumokokken

Es ist bekannt, dass kommensale Mikroben unter eubiotischen Bedingungen eine kompetitive Barriere gegen eindringende bakterielle Pathogene bilden, etwa im Darmtrakt oder auf der Haut. Doch wie sieht es in der Lunge aus?

Es ist bekannt, dass kommensale Mikroben unter eubiotischen Bedingungen eine kompetitive Barriere gegen eindringende bakterielle Pathogene bilden, etwa im Darmtrakt oder auf der Haut. Doch wie sieht es in der Lunge aus?

Lange Zeit lernten Medizinstudenten, die Lunge sei steril. Doch wie auf Schleimhäuten oder der Haut auch, leben dort eine Vielzahl natürlich vorkommender Bakterien und Pilze miteinander und mit uns in Gemeinschaft. Erst vor einigen Jahren wurde entdeckt, dass das Mikrobiom der Lunge ein Faktor sein könnte, welcher die Entstehung und den Verlauf der COPD beeinflusst.1

Eine aktuelle Arbeit untersuchte die Rolle der Lungenmikrobiota für die Kolonisierung mit Pneumokokken. Wissenschaftler der Universität Genf, Schweiz, entdeckten zunächst, dass die Lunge von Mäusen in einem gesunden Gleichgewicht dominant von Lactobacillus murinus besiedelt ist.2,3 Für diese sind antimikrobielle und immunsystemmodulierende Eigenschaften vorbeschrieben. Unter anderem produzieren sie Bakteriocine (Peptide, die andere Bakterien abtöten) und Metaboliten, die von Natur aus antibakteriell sind, wie reaktive Sauerstoffspezies und Milchsäure.

Interaktionen zwischen Lunge, Mikrobiom und Krankheitserregern

In einem vorbereitenden Schritt –  in Kultur – exponierten die Forscher Lactobacillus murinus gegenüber Streptococcus pneumoniae und beobachteten, dass die Laktobazillen deren Wachstum hemmten, wofür die Freisetzung von Milchsäure eine wesentliche Rolle zu spielen schien. Die antibakterielle Wirkung war dabei nicht nur auf Pneumokokken begrenzt, auch auf Staphylococcus aureus und Escherichia coli war diese Wirkung zu verzeichnen.

Die Autoren schreiben dies der Fähigkeit von Milchsäure zu, zytoplasmatische Membranen zu durchdringen, was den zytoplasmatischen pH-Wert senkt und den Protonengradienten über die zytoplasmatische Membran unterbricht. Außerdem führt Milchsäure zu einer Permeabilisierung der zytoplasmatischen Membran, was wiederum die Empfindlichkeit von milchsäureexponierten Bakterien gegenüber weiteren antimikrobiellen Verbindungen erhöht. Doch daneben könnten auch Milchsäure-unabhängige Mechanismen bedeutsam sein, geben die Wissenschaftler für zukünftige Untersuchungen zu bedenken.

Die Mehrzahl der Studien zur menschlichen Lungenflora basieren auf Aspiraten oder endoskopischen Bürstenabstrichen. In einer neueren, auf Gewebebiopsien basierenden Studie wurden jedoch in allen Regionen des Respirationstrakts Bakterienarten gefunden, die in Vorarbeiten in dieser Form nicht beschrieben waren.4 Auch in der aktuellen Genfer Studie unterschieden sich die Ergebnisse genetischer Analysen von Gesamtorganhomogenaten deutlich von denen bronchoalveolärer Lavagen, was eine enge Assoziation dieser Bakterien mit dem Wirtsgewebe impliziert.

Kommensale Bakterien bieten therapeutisches Potenzial gegen Besiedlung mit Pneumokokken

Abschließend zeigten die Forscher, dass Lactobacillus murinus in einem respiratorischen Dysbiose-Modell einen Schutz gegen eine pathogene Besiedlung bietet, wenn es therapeutisch zugesetzt wird.
Durch induzierte Influenza-A-Infektion schufen sie bei den Mäusen eine für Superinfektionen anfällige Lungenumgebung. Dann behandelten sie diese Versuchstiere mit Laktobazillen und stellten fest, dass die Bakterien eine Barriere gegen die Kolonisation mit Pneumokokken schufen.

"Dies deutet darauf hin, dass residente Kommensalen in der Lunge als Probiotika eingesetzt werden könnten, um der Besiedlung der Lunge mit pathogenen Bakterien entgegenzuwirken", schließt Prof. Mirco Schmolke, PhD, Gruppenleiter an der Universität Genf. Angesichts der zunehmenden Antibiotikaresistenzen könnte die probiotische Behandlung bakterieller Lungeninfektionen eine therapeutische Alternative darstellen. "Allerdings sind weitere Studien erforderlich, bevor dies als mögliche Behandlung beim Menschen erforscht werden kann. Wenn sich dies eines Tages als wirksam erweist, könnte der Ansatz die klinischen Outcomes von Patienten, die anfällig für Atemwegsinfektionen sind, verbessern."3 Dies könnte für ältere Menschen von besonderem Interesse sein, die eine hohe Anfälligkeit für Atemwegsinfekte und eine reduzierte Diversität des Lungenmikrobioms aufweisen.

Referenzen:
1. Das Mikrobiom der Lunge und seine Bedeutung. Mehr Luft https://mehr-luft.at/aktuell/das-mikrobiom-der-lunge-und-seine-bedeutung/ (2018).
2. Yildiz, S. et al. Respiratory tissue-associated commensal bacteria offer therapeutic potential against pneumococcal colonization. eLife 9, e53581 (2020).
3. Scientists shed new light on how lung bacteria defend against pneumonia. ScienceDaily https://www.sciencedaily.com/releases/2020/12/201208111447.htm.
4. Yu, G. et al. Characterizing human lung tissue microbiota and its relationship to epidemiological and clinical features. Genome Biol 17, (2016).

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