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Gesundheit|Medizin

Anthrax blockiert Schmerzen bei Mäusen

Bacillus anthracis
Milzbrand-Erreger Bacillus anthracis. (Bild: Dr_Microbe/ iStock)

Das Gift des Milzbrand-Erregers Bacillus anthracis kann tödlich sein, womöglich aber auch medizinischen Nutzen haben. Eine neue Studie zeigt, dass ausgerechnet die Nervenzellen im Rückenmark, die für die Weiterleitung von Schmerzsignalen zuständig sind, spezifische Rezeptoren für das Toxin haben. Bei Mäusen sorgte eine Injektion von Bestandteilen des Giftes dafür, dass sie zeitweilig unempfindlich gegenüber verschiedenen Arten von Schmerz wurden – und zwar ohne systemische Nebenwirkungen. Die Erkenntnisse könnten eine Grundlage liefern, um neuartige Schmerztherapien zu entwickeln.

Der Milzbrand-Erreger Bacillus anthracis verursacht bei Menschen und Tieren schwere, oft tödlich verlaufende Infektionen von Lunge, Haut oder Darm. Sporen des Bakteriums wurden bereits als bioterroristische Waffe eingesetzt. Gefährlich ist der Erreger vor allem durch das von ihm freigesetzten Toxin, auch als Anthrax bezeichnet. Dieses besteht aus mehreren Untereinheiten. Das sogenannte Protektive Antigen (PA) bindet an Rezeptoren auf den Zellen und öffnet eine Eintrittspforte für zwei weitere Untereinheiten des Giftes, den sogenannten Ödemfaktor (EF) und den sogenannten Letalfaktor (LF), die gemeinsam für die Zerstörung der Zelle sorgen.

Rezeptoren im Rückenmark

Ein Team um Nicole Yang von der Harvard Medical School in Boston hat nun einen möglichen therapeutischen Nutzen des tödlichen Giftes entdeckt. „Wir und andere haben kürzlich herausgefunden, dass bakterielle Produkte auf sensorische Neuronen wirken können und während einer pathogenen Infektion modulieren, wie wir Schmerzen wahrnehmen“, berichten die Forscher. Während die viele bakterielle Produkte eher Schmerzen fördern, gibt es auch manche, die schmerzlindernd wirken. Um herauszufinden, welche Rezeptoren dafür verantwortlich sind, analysierten die Forscher zunächst die Genexpression von Nervenzellen im Rückenmark.

„Dabei stellten wir fest, dass der Rezeptor ANTXR2, der hochspezifisch für das Anthrax-Toxin ist, in den schmerzempfindlichen Nervenzellen des Rückenmarks exprimiert wird. In anderen Teilen des Zentralen Nervensystems kommt er dagegen fast nicht vor“, berichten Yang und ihr Team.
Auf diesem Befund aufbauend testeten sie die Wirkung des Toxins zunächst an Zellkulturen mit sensorischen Nervenzellen von Menschen und Mäusen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Gift die Signalübertragung der Nervenzellen stört“, so die Wissenschaftler. Dabei entfalteten der Ödemfaktor EF und der Letalfaktor LF nur eine Wirkung, wenn sie mit dem „Türöffner“ PA kombiniert wurden.

Wirksam gegen verschiedene Arten von Schmerz

Im nächsten Schritt untersuchten Yang und ihre Kollegen die Auswirkungen an lebenden Mäusen. Diesen injizierten sie entweder PA alleine oder in Kombination mit EF oder LF ins Rückenmark. Das Ergebnis: „Die Verabreichung des Ödemtoxins (PA + EF) erhöhte signifikant die Schwellenwerte für mechanische und thermische Empfindlichkeit“, schreiben die Forscher. Mäuse, die mit dieser Kombination behandelt worden waren, reagierten deutlich weniger darauf, wenn ihre Pfote gequetscht, mit einer Nadel gestochen oder auf eine heiße oder sehr kalte Platte gehalten wurde. Der Effekt hielt über mehrere Stunden an und war wiederholbar. Ein zweite Injektion zwei Tage später zeigte sogar noch stärkere schmerzstillende Effekte. „Das könnte daran liegen, dass das Ödemtoxin dafür sorgt, dass sich weitere ANTXR2-Rezeptoren bilden“, vermuten die Forscher. PA alleine oder in Kombination mit LF hatte dagegen keine schmerzlindernden Auswirkungen.

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Nebenwirkungen auf die Herzfrequenz, die Körpertemperatur oder die motorische Koordination der Tiere beobachteten die Forscher nicht. Lediglich das Tastempfinden war etwas herabgesetzt. „Das deutet darauf hin, dass das ins Rückenmark gespritzte Ödemtoxin keine größeren Nebenwirkungen auf motorische oder sympathische Funktionen hat“, so die Forscher. Weitere Versuche zeigten, dass nicht nur mechanischer und thermischer Schmerz unterdrückt wurde, sondern auch Schmerzen, die durch Entzündungen oder durch Nervenschäden verursacht werden. Die behandelten Nervenzellen blieben physiologisch intakt und konnten nach Abklingen der Wirkung erneut Schmerzen weiterleiten. Die schmerzhemmende Wirkung beruht somit offenbar auf einer blockierten Signalübertragung und nicht auf der Zerstörung von Nervenzellen.

Vehikel für andere Medikamente?

Zusätzlich untersuchte das Team, inwieweit das Protektive Antigen PA auch andere Substanzen in die Nervenzellen schleusen kann. Schon in früheren Versuchen wurde PA genutzt, um Krebsmedikamente in Zellen einzubringen. Yang und ihr Team nutzten PA nun als Vehikel für andere schmerzstillende Mittel, darunter auch Botulinumtoxin (Botox). Auch diese Kombination blockierte bei den behandelten Mäusen wirksam verschiedene Arten von Schmerzen. „Diese molekulare Plattform, bei der ein bakterielles Toxin verwendet wird, um Substanzen in Neuronen einzuschleusen und deren Funktion zu modulieren, stellt einen neuen Weg dar, um auf schmerzvermittelnde Neuronen abzuzielen“, sagt Yangs Kollege Isaac Chiu.

Bislang befindet sich die Forschungen noch im Grundlagenstadium. Die Erkenntnisse könnten aber neue Impulse für die Entwicklung von Schmerztherapien geben.

Quelle: Nicole Yang (Harvard Medical School, Boston, Massachusetts) et al., Nature Neuroscience, doi: 10.1038/s41593-021-00973-8

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