Ein Reagenzglas voller Bakterien trinken? Kein Problem, dachte sich der Mediziner Barry Marshall und konnte damit 1984 am eigenen Körper beweisen, dass das Helicobacter-pylori-Bakterium Magenkrankheiten auslösen kann. Kurze Zeit nach dem Experiment erkrankte Marshall selbst und konnte sich schließlich mit einer Antibiotikatherapie heilen. Für viele Kollegen und Kolleginnen des Mediziners war es bis dahin undenkbar, dass ein Bakterium in einer derart sauren Umgebung wie dem Magen überleben könnte. Es herrschte die Meinung, Magenkrankheiten wie chronische Gastritis und Magengeschwüre würden durch zu viel Stress oder Ängste ausgelöst. Patienten und Patientinnen erhielten entsprechend Beruhigungsmittel oder Stimmungsaufheller.

Dass eine Selbstinfektion wie bei Marshall zu einer Krankheit führt, ist jedoch nicht die Regel. Rund die Hälfte der Bevölkerung trägt den pathogenen Krankheitserreger zwar in sich, nicht alle Infizierten entwickeln aber tatsächlich Geschwüre oder gar Krebs. Trotzdem wird davon ausgegangen, dass 70 Prozent der gastrointestinalen Erkrankungen von diesem Bakterium ausgelöst werden können.

Gastritis und ihre Folgen

Helicobacter pylori besiedelt den Magenschleim und sorgt dort für eine Entzündung. Auch Angriffe des Immunsystems kann das resistente Bakterium jahrzehntelang überleben. Eine dadurch ausgelöste Gastritis kann aber auch symptomlos verlaufen, obwohl die Magenschleimhaut chronisch entzündet ist. Allerdings ist eine dauerhafte Entzündung nicht zu unterschätzen, vor allem in Kombination mit Alkohol, Nikotin oder Medikamenten. Wird die Schleimhaut normalerweise nach einer Schwächung neu gebildet, so kann durch eine ständige Reizung die Neubildung behindert werden und Krankheiten brechen eher aus.

Wird eine Infektion des Magens mit dem Bakterium festgestellt, ist die Standardbehandlung bis heute eine Antibiotikatherapie in Kombination mit Protonenpumpenhemmern. Jedoch hat sich seit Barry Marshalls Selbstexperiment die Wirksamkeit von Antibiotika verschlechtert. Mittlerweile sei eine dreifache Antibiotikatherapie nötig, erklärt Johannes Preiner vom Institut für Nano Structuring und Bio-Analytics an der Fachhochschule Oberösterreich. Auch der Einsatz von Protonenpumpenhemmern sei mit Vorsicht zu genießen, sagt Preiner. Sie werden in erster Linie eingesetzt, um der Magenschleimhaut die Regeneration zu erleichtern.

Durch das Medikament wird allerdings die Produktion der Magensäure gehemmt und somit der natürliche Abtrag der Magenschleimhaut durch die Magensäure reduziert. Wenn der pH-Wert im Magen auf diese Art erhöht wird, können jedoch andere Bakterien die Magenpassage leichter überleben und sich im Darm festsetzen.

Zielgerichtetes Medikament

In Zusammenarbeit mit Andreas Horner von der Johannes Kepler Universität in Linz forscht Preiner deshalb an Möglichkeiten, das Bakterium gezielt am Überleben zu hindern. Als potenziellen Ansatzpunkt für ein zielgerichtetes Medikament habe sich der Harnstoffkanal HpUrel des Helicobacters pylori erwiesen. Der Kanal befindet sich im Inneren zweier Membranen, die das Bakterium umgeben, und setzt sich aus sechs gleichartigen Bausteinen zusammen, die sich wie Zacken um die Öffnung reihen.

In der sauren Umgebung des Magens öffnet sich der Kanal und transportiert Magenharnstoff aus dem Bereich zwischen den beiden Membranen in das Zellinnere. Dort wird der Harnstoff mithilfe eines Enzyms in Ammoniak und Kohlendioxid gespalten. Diese beiden Stoffe neutralisieren das saure Milieu und schaffen so eine lebensfähige Mikroumgebung für den Erreger. Der Raum zwischen den beiden Membranen dient also als Pufferzone zwischen dem sauren Milieu des Magens und dem pH-neutralen Bakterieninneren. Dies funktioniert allerdings nur, solange der Harnstoffkanal in seinem geöffneten Zustand Harnstoff transportieren kann.

Um diese Lebensversicherung des Helicobacter pylori mit Medikamenten selektiv auszuschalten, wird nun untersucht, woran sich sein Öffnungs- und Schließverhalten orientiert. Mithilfe eines Hochgeschwindigkeits-Rasterkraftmikroskops werden die Funktionsweisen des natürlichen Proteins, verschiedener Varianten und ähnlicher Proteine von anderen Bakterienspezies untersucht.

Vorbeugung durch Impfung

Auch soll herausgefunden werden, ob der Harnstoffkanal HpUrel während des Öffnens größere Änderungen erfährt und ob das Schließen des Kanals mit einem physischen Verschluss der Kanalpore einhergeht. "Man weiß, dass sich der Kanal schließt, wenn der pH-Wert steigt", erklärt Preiner, "wenn es sauer wird, dann geht er wieder auf." Da der Harnstoffkanal aus sechs identischen Untereinheiten besteht, wird außerdem untersucht, ob die Kanalöffnung gleichzeitig stattfindet oder nur einzelne Zacken des Kanals geschlossen werden.

Ein weiterer Ansatz ist die Forschung an einem Impfstoff gegen Helicobacter pylori, der vor allem als wirksames Mittel zur Vorbeugung der Infektion helfen könnte. So sei dieser vor allem bei Kindern wirksam, trotzdem gibt es derzeit keine Impfstoffkandidaten und nur einen Impfstoff in der klinischen Phase I. "In der Literatur existieren erfolgversprechende Ansätze, die aber nicht mit genügender Intensität weiterverfolgt werden", sagt Preiner. Auch scheint das Bakterium Strategien entwickelt zu haben, welche es vor der Zerstörung durch Antikörper bewahren. Gerade deshalb sei die Erforschung des Mechanismus so wichtig, erklärt Preiner, um gezielt Medikamente einsetzen zu können, die bereits Infizierten helfen könnten. (Lea Weinberger, 6.6.2022)