Gefährlicher E. coli-Stamm: Wie eine winzige Mutation seinen Aufstieg erklärt

Seit einigen Jahren alarmiert ein spezieller Stamm des Bakteriums Escherichia coli (E. coli) die Gesundheitsbehörden in den USA und weltweit. Der Stamm, der als E. coli O157:H7 bekannt ist, hat sich seit 2017 in einer besonders gefährlichen Variante mit dem Namen REPEXH01 weiterentwickelt. Diese Variante führt zu schweren Ausbrüchen, die teils hunderte von Erkrankten fordern und sogar Todesfälle verursachen.

Besonders besorgniserregend ist die Vielfalt der Übertragungswege, die von kontaminierten Fleischprodukten über grüne Blattgemüse bis hin zu Freizeitgewässern reichen. Während E. coli als Krankheitserreger lange bekannt ist, erklären Forscher nun die bemerkenswerte Ausbreitung und Virulenz dieser neuen Variante durch eine kleine, aber entscheidende genetische Mutation. Die Untersuchung der Centers for Disease Control and Prevention (CDC) hat eine winzige genetische Veränderung in einem sogenannten Effektorprotein entdeckt, das Teil eines molekularen Angriffsmechanismus des Bakteriums ist. Dieser Mechanismus, die sogenannte Typ-3-Sekretionsanlage (T3SS), funktioniert ähnlich wie eine mikroskopische Spritze.

Sie ermöglicht es dem Bakterium, direkt Proteine in die Zellen des Wirts einzubringen. Diese Proteine, Effektoren genannt, manipulieren die Wirtszelle so, dass die Immunabwehr geschwächt wird und dem Bakterium eine bessere Besiedlung ermöglicht wird. Der mutierte Effektor, der die Bezeichnung EspW trägt, spielt eine besondere Rolle bei der Interaktion mit den Wirtszellen. Studien legen nahe, dass EspW normalerweise die Zellstruktur stabilisiert, sodass die Bakterien sich auf der Zelloberfläche festsetzen können, ohne dass die Zellen sich zusammenziehen und die Bakterien abweisen. Ein ähnliches Protein bei Pflanzenpathogenen, bekannt als HopW1, führt dazu, dass Pflanzenzellen ihre Abwehrmechanismen gegen Angriffe aufgeben.

Dies lässt vermuten, dass die Mutation in EspW bei REPEXH01 einen entscheidenden Evolutionsvorteil bringt. Im Detail handelt es sich bei der Mutation um eine einzelne Nukleotid-Deletion – der Verlust einer einzigen DNA-Basis in der EspW-Codierung. Diese kleine Veränderung verschiebt das gesamte Lesesystem des Gens, was zu einer verkürzten oder fehlerhaften Version des EspW-Proteins führen kann. Überraschenderweise könnte dieser Verlust an Funktionalität dem Bakterium einen Vorteil verschaffen, besonders wenn es sich auf Gemüse wie Salat befindet. Man vermutet, dass EspW in der Pflanzenwelt eine Immunantwort auslöst, die die Stomata der Blätter schließt – das sind winzige Poren, die normalerweise wichtige Austauschfunktionen erfüllen.

Durch die Mutation und damit durch die Schwächung von EspW könnte E. coli REPEXH01 in der Lage sein, diese Poren offen zu halten und so leichter ins Pflanzengewebe einzudringen. Das hätte zur Folge, dass das Bakterium beim Ernten und auf den Weg zum Verbraucher weniger Verluste erleidet. Die weit verbreiteten Ausbrüche seit 2017 zeigen, wie erfolgreich dieser neue Stamm ist. Ein besonders dramatischer Ausbruch im Jahr 2018 war mit kontaminiertem Salat in Verbindung gebracht worden und verursachte über 200 Erkrankungen in 37 US-Bundesstaaten, mit mehreren Todesfällen und Fällen von schweren Nierenerkrankungen.

Die Gefahr durch diesen Stamm ist nicht nur auf den direkten Verzehr von Hackfleisch oder ungekochtem Gemüse beschränkt, sondern breitet sich auch über Freizeitgewässer aus, was die Bekämpfung zusätzlich erschwert. Die Forschung zu diesem gefährlichen E. coli-Stamm unterstreicht nicht nur die Komplexität von Krankheitserregern, sondern auch den immerwährenden Wettlauf zwischen Mikroorganismen und ihren Wirten. Jedes kleine genetische Detail kann darüber entscheiden, ob ein Erreger wettbewerbsfähig bleibt oder sich weiter ausbreitet. Während die Mutation im EspW-Effektor wahrscheinlich die Fähigkeit des Bakteriums verbessert, Pflanzen zu infizieren und auf frischen Produkten zu überleben, sind zahlreiche Fragen offen.

Forscher müssen noch herausfinden, wie die Veränderung genau wirkt, welche Auswirkungen sie auf die Bakterienzahlen hat und wie sie möglicherweise in der Bekämpfung berücksichtigt werden kann. Darüber hinaus zeigt die Entdeckung, wie wichtig die genetische Überwachung von Krankheitserregern ist. Durch systematischen Vergleich von Genomdaten lässt sich das Auftauchen von besonders virulenten oder ansteckenden Varianten frühzeitig erkennen. Dies ermöglicht nicht nur ein besseres Verständnis der biologischen Grundlagen, sondern auch die Entwicklung gezielter Maßnahmen im Gesundheitswesen, um Ausbrüche zu verhindern oder abzumildern. Die Ausbreitung des neuen E.

coli-Stamms macht auch deutlich, wie eng das Zusammenspiel zwischen Landwirtschaft, Lebensmittelproduktion und öffentlicher Gesundheit ist. Frisches Gemüse wie Salat, das im rohen Zustand verzehrt wird, kann so zur Brücke für Krankheitserreger werden, die auch schwere Erkrankungen beim Menschen verursachen können. Verbesserte Hygiene- und Kontrollmethoden in der Lebensmittelkette sind daher unerlässlich, um die Übertragung zu reduzieren. Zugleich braucht es verstärkte Forschung, die über einfache Ursachen hinausgeht und die molekularen Mechanismen der Pathogenität analysiert. Das Beispiel von EspW und der Typ-3-Sekretionsanlage zeigt, wie Bakterien hochentwickelte Werkzeuge besitzen, die sie bei der Infektion unterstützen.

Die biologischen Strategien der Krankheitserreger sind vielfältig und oftmals überraschend raffiniert. Daher ist die Bekämpfung von gefährlichen Stämmen wie REPEXH01 eine Herausforderung, die Wissenschaft, Medizin und Politik nur gemeinsam meistern können. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Aufstieg dieses gefährlichen E. coli-Stamms zwar auf eine kleine genetische Veränderung zurückzuführen ist, die weitreichende Konsequenzen für die Infektionsdynamik hat. Das Verständnis dieses Mechanismus kann der Schlüssel sein, um bessere Strategien für den Schutz der öffentlichen Gesundheit zu entwickeln und künftige Ausbrüche zu verhindern.

Während die Forschung weitergeht, sollten Verbraucher wachsam sein und insbesondere bei rohem Gemüse auf Hygiene achten. Gesundheitsexperten empfehlen zudem, rechtzeitig auf Warnungen und Rückrufaktionen zu reagieren und Lebensmittel sachgemäß zu lagern und zuzubereiten. Die Geschichte von REPEXH01 zeigt eindrücklich, wie mikroskopisch kleine Details im Erbgut von Pathogenen darüber entscheiden können, wie gefährlich sie für den Menschen sind und wie sie sich in der globalisierten Welt verbreiten. Das Aufdecken dieser Details ist eine zentrale Aufgabe der modernen Mikrobiologie und ein wesentlicher Schritt, um lebensbedrohliche Infektionskrankheiten künftig besser kontrollieren zu können.