Dennis L.
Bakterien der Art Escherichia coli verursachen einen Großteil aller bakteriellen Prostataentzündungen und trotzen oft selbst langen Antibiotikagaben. Ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität Würzburg hat nun ein im Labor gezüchtetes Mini-Prostata-Modell aus Stammzellen entwickelt und damit erstmals Schritt für Schritt beobachtet, wie die Erreger in das Prostatagewebe eindringen. Dabei stießen die Wissenschaftler auf einen molekularen Angriffsmechanismus, der sich mit einem einfachen Zuckermolekül gezielt unterbrechen lässt. Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Nature Microbiology und eröffnen einen neuen Ansatzpunkt gegen eine Erkrankung, die weltweit etwa ein Prozent aller Männer im Lauf ihres Lebens trifft.
Die Prostata ist eine kastaniengroße Drüse unterhalb der Harnblase, die einen Teil der Samenflüssigkeit bildet. Gelangen Bakterien aus Harnröhre oder Blase in dieses Gewebe, kann sich eine bakterielle Prostatitis entwickeln, eine schmerzhafte Infektion mit Brennen beim Wasserlassen, Beckenschmerzen und Fieber. Hauptverursacher ist das Darmbakterium Escherichia coli, das auch die meisten Harnwegsinfekte auslöst. Das eigentliche Problem der Erkrankung ist ihre Hartnäckigkeit. Betroffene benötigen häufig wochenlange Antibiotikabehandlungen in hoher Dosierung, und trotzdem erleidet mehr als die Hälfte der Patienten innerhalb eines Jahres einen Rückfall. Fachleute vermuteten seit Langem, dass sich die Bakterien in die Prostatazellen zurückziehen und dort dem Immunsystem sowie den Wirkstoffen entgehen, konnten diesen Vorgang bislang aber kaum direkt untersuchen, weil ein geeignetes Modell des menschlichen Prostatagewebes fehlte.
Genau diese Lücke schließt die neue Arbeit. Das Team um Carmen Aguilar vom Institut für Molekulare Infektionsbiologie züchtete aus adulten Stammzellen sogenannte Organoide, dreidimensionale Miniaturversionen der Prostata, die das echte Drüsenepithel in Aufbau und Zellvielfalt nachbilden. In diesem kontrollierten System lässt sich eine Infektion unter realistischen Bedingungen nachstellen und in bislang unerreichter Detailtiefe verfolgen. Untersuchungen zu Organoiden und den daraus abgeleiteten Erkenntnissen über die Rolle von Stammzellen gewinnen in der Infektionsforschung zunehmend an Bedeutung, weil sie Tierversuche ergänzen und menschliches Gewebe deutlich genauer abbilden als klassische Zellkulturen aus einer einzelnen Zellschicht.
Mit dem Mini-Prostata-Modell konnte das Forschungsteam den Infektionsweg erstmals lückenlos rekonstruieren. Die Bakterien tragen an ihrer Oberfläche feine, fadenförmige Anhängsel, sogenannte Typ-1-Fimbrien, an deren Spitze das Adhäsionsprotein FimH sitzt. Dieses Protein wirkt wie ein Schlüssel, der ein passendes Schloss auf der Oberfläche der Prostatazellen sucht. Die Würzburger Analysen identifizierten mit dem Rezeptor PPAP die entscheidende Andockstelle, an die FimH bindet. Über diese Verbindung heften sich die Erreger nicht nur an die luminalen Prostatazellen, sondern dringen aktiv in sie ein. Im Zellinneren sind sie vor Antibiotika und Immunabwehr weitgehend geschützt, was erklärt, warum die Infektion nach scheinbar erfolgreicher Behandlung so oft zurückkehrt. Damit liefert die Studie eine plausible molekulare Erklärung für die berüchtigte Rückfallneigung der bakteriellen Prostatitis.
Der nachgewiesene Mechanismus ähnelt jenem, den Escherichia coli auch bei Blasenentzündungen nutzt, wo dieselben Typ-1-Fimbrien und das Protein FimH eine zentrale Rolle spielen. Diese Parallele ist mehr als eine Randnotiz, denn sie verbindet die neue Erkenntnis mit einem gut erforschten Feld der Mikrobiologie und eröffnet die Möglichkeit, bereits bekannte Gegenstrategien zu übertragen. An der Arbeit waren neben der Universität Würzburg auch das Universitätsklinikum Würzburg, das Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung und die Universität Münster beteiligt, gefördert unter anderem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Die enge Verzahnung von Grundlagenforschung und klinischer Urologie an deutschen Standorten macht das Ergebnis für die Versorgung von Patienten im deutschsprachigen Raum besonders anschlussfähig.
Das Team beließ es nicht bei der Aufklärung des Infektionswegs, sondern testete zugleich eine gezielte Gegenmaßnahme. Zum Einsatz kam D-Mannose, ein natürlich im Stoffwechsel vorkommendes Zuckermolekül, das bereits zur Vorbeugung von Harnwegsinfekten genutzt wird. D-Mannose wirkt als eine Art Scheinschloss. Das bakterielle Schlüsselprotein FimH bindet bevorzugt an das harmlose Zuckermolekül statt an den echten Rezeptor auf den Prostatazellen, wodurch das Andocken und Eindringen der Erreger blockiert wird. Im Laborversuch mit den Organoiden führte der Einsatz von D-Mannose zu einer deutlichen Verringerung der Infektionen. Weil der Zucker gut verträglich ist und weder das Bakterium abtötet noch Resistenzen im klassischen Sinn begünstigt, gilt der Ansatz als vielversprechende Ergänzung oder mögliche Alternative zu langen Antibiotikakuren.
Einschränkend gilt, dass diese Befunde bislang im Zellmodell erhoben wurden und nicht am Menschen. Ob sich die im Organoid beobachtete Schutzwirkung in klinischen Studien bestätigt und in welcher Dosierung D-Mannose bei einer bereits bestehenden Prostatitis nützt, müssen weitere Untersuchungen zeigen. Unabhängig davon liefert das Mini-Prostata-Modell der Forschung ein leistungsfähiges Werkzeug, um bakterielle Infektionen der Prostata künftig genauer zu studieren und weitere Angriffspunkte für Wirkstoffe zu identifizieren. Angesichts der hohen Rückfallquote und der wachsenden Sorge vor Antibiotika-Resistenzen könnte ein anti-adhäsiver Ansatz, der den Erregern schlicht den Zugang zur Zelle verwehrt, für viele Betroffene ein spürbarer Fortschritt werden.
Nature Microbiology, Uropathogenic Escherichia coli invade luminal prostate cells via FimH-PPAP receptor binding; doi:10.1038/s41564-025-02231-0