Milzbrand – Von der Berufskrankheit zur Biowaffe

Vor wenigen Jahren konnten sich unter „Milzbrand“ höchstens Mikrobiologen, Tierärzte und Abdecker etwas vorstellen: Die Erkrankung war in der Regel auf Rinder, Schafe und Ziegen beschränkt und so selten, dass nur bestimmte Berufsgruppen überhaupt damit in Kontakt kommen konnten. Das lag an den drastischen Folgen einer Milzbrand-Infektion. Hatte der Erreger Bacillus anthracis erst einmal sein Opfer befallen, war dieses meist innerhalb kürzester Zeit tot.

Milzbrand-Bakterien (dunkel) und -Sporen (hell) (Foto: WHO)

Daher blieb nicht viel Zeit, die Infektion weiterzugeben. Lediglich der Kontakt zum Leichnam und den aus den Bakterien entstandenen, sehr widerstandsfähigen Sporen konnte gefährlich werden. Gerber, Schlachter und ähnliche Berufgruppen waren daher am ehesten gefährdet. Doch seit seiner Entdeckung durch die militärische Forschung gilt Bacillus anthracis, auch kurz „Anthrax“ genannt, als die klassische Biowaffe.

Natürliche Infektionen sind selten

Eine natürliche Infektion kommt vor allem bei grasenden Huftieren in wärmeren Gegenden vor. In Südafrika beispielsweise sterben immer wieder Wildtiere daran, allerdings nicht deren Aasfresser wie Geier oder Wildhunde. Sie scheinen bis zu einem bestimmten Grad immun zu sein. Vermutlich haben sie durch natürliche Auslese Eigenschaften verloren, die der Erreger benötigt, um seine krank machende Wirkung entfalten zu können.

Sobald Sporen von Bacillus anthracis in den Körper eingedrungen sind und sich zu stäbchenförmigen Bakterien entwickelt haben, kann ihnen die Immunabwehr kaum etwas entgegen setzen. Die Bakterien umgeben sich zunächst mit einer schützenden Hülle . Dann beginnen sie, sich zu vermehren und einen Giftstoff, ein so genanntes Toxin, zu produzieren. Dieses Toxin wird ins Blut abgegeben und zerstört Zellen, vor allem Fresszellen, aber auch Endothelzellen, die die Blutgefäße auskleiden. In der Folge werden die Blutgefäße undicht, die Erreger dringen ins Körpergewebe ein und vermehren sich weiter. Betroffen ist vor allem die Milz, die sich dabei dunkel verfärbt: Daher rührt auch der Name Milzbrand. Die massive Toxinproduktion führt schließlich zu einem Schock mit Kreislaufversagen und Tod.

An Milzbrand verendete Gazelle (Foto: WHO)

Das Toxin selbst besteht aus drei Komponenten, die getrennt gebildet und freigesetzt werden und die jede für sich ungefährlich sind. Das Protektive Antigen (PA) bindet an die Oberfläche von Zellen und bildet dort Aggregate. Daran wiederum binden die beiden anderen Toxinkomponenten, der Letale Faktor (LF) und der Ödem-Faktor (EF) . Die Zelloberfläche mit den Toxinen wird dann von der Zelle als Bläschen nach innen geschleust. Dieser Vorgang, den man Endozytose nennt, dient der Zelle auch zur Nahrungsaufnahme. Doch im Fall einer Milzbrand-Infektion beginnt mit der Endozytose das Zerstörungswerk des Toxins. Denn sobald sich innerhalb des abgeschnürten Bläschens der pH-Wert senkt, bilden die sieben PA-Einheiten eine Pore in der Bläschenmembran, und die beiden Faktoren LF und EF können in das Zellplasma eindringen und die Zelle zerstören. Besonders anfällig dafür sind Fresszellen – damit zwingt das Bakterium die unspezifischen Abwehrkräfte des Körpers gezielt in die Knie.

Die Wirkungsweise des Toxins

Wirkungsweise des Milzbrand-Toxins: a) Nachdem die drei Bestandteile des Toxins an der Zelloberfläche gebunden sind, werden sie in einem Bläschen nach innen transportiert, wo die eigentlichen Zellgifte EF und LF ins Zellplasma eindringen und ihre Wirkung entfalten. b) Durch einen polyvalenten Hemmstoff gelang es Forschern, die Bindung der Toxin-Komponenten und damit die Giftwirkung zu unterbinden (s.u.).

Strategien gegen Milzbrand

Da Bacillus anthracis für Antibiotika empfänglich ist, kann seine Ausbreitung zum Beispiel durch Gabe von Ciprofloxacin gehemmt werden. Aber die gebildeten Toxine sind davon nicht betroffen, deshalb muss der Wirkstoff sehr früh nach einer Infektion genommen werden. Eine Möglichkeit, Infizierten auch später noch helfen zu können, haben R. John Collier und Kollegen von der Harvard Medical School in Boston kürzlich entdeckt: Sie fanden heraus, dass bestimmte kurze Proteinketten ähnlich wie die Toxin-Bestandteile LF und EF an das Protektive Antigen (PA) binden können, allerdings nur schwach. Mehrere solcher kurzen Moleküle verknüpften sie durch Polyacrylamid, eine Art molekulare Schnur, zu einem so genannten polyvalenten Hemmstoff. Dadurch war deren Bindungskraft ausreichend hoch, um sich anstelle der Toxin-Faktoren an PA anzulagern. Die Zerstörungskraft der Toxine war damit gebannt: Versuchstiere überlebten hohe Dosen des Toxins, die ohne den neuen Wirkstoff tödlich gewesen wären, berichten die Forscher in der Oktober-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Biotechnology (Vol.19, S. 958).