Faktoren der Metronidazolresistenz in Trichomonas vaginalis

Trichomonas vaginalis ist ein weltweit auftretender einzelliger Parasit, der den Urogenitaltrakt des Menschen, hauptsächlich von Frauen, befällt. Betroffene entwickeln häufig eine Scheidenentzündung (Vaginitis) oder Gebärmutterhalsentzündung (Zervizitis), ein Krankheitsbild, das als Trichomonose bezeichnet wird. Darüber hinaus können Infektionen mit T. vaginalis zu Frühgeburten oder gar zum Verlust der Leibesfrucht führen und die Wahrscheinlichkeit für eine HIV Infektion erhöhen. Besonders betroffen sind Länder im südlichen Afrika, wo sowohl T. vaginalis als auch HIV weit verbreitet sind. Da keine Impfung gegen T. vaginalis verfügbar ist, stehen zur Eindämmung der Trichomonose ausschließlich Chemotherapeutika zur Verfügung, wobei in den meisten Fällen das 5-Nitroimidazol Metronidazol zum Einsatz kommt. Metronidazol wurde vor mehr als 60 Jahren entwickelt und ist noch immer gut wirksam. Allerdings verfehlt es in manchen Teilen der Welt in bis zu 20% der Fälle seine Wirkung, wobei dies zumindest teilweise auf Resistenzbildung in den Trichomonaden zurückzuführen ist. Die Mechanismen, die hinter der Metronidazolresistenz stehen, werden noch immer sehr schlecht verstanden, hauptsächlich weil die Datenlage unzureichend ist. Es erscheint aufgrund bisheriger Erkenntnisse allerdings wahrscheinlich, dass diverse Enzyme, die an der Abwehr vonoxidativem Stress beteiligt sind, eine Rolle spielen. Zudem ist bekannt, dass Metronidazolresistenz nur in Gegenwart von Sauerstoff auftritt. Dies ist insofern von Bedeutung, als T. vaginalis ein sogenannter Anaerobier ist, also ein Mikroorganismus, der innerhalb der Zelle jeglichen Sauerstoff entfernt, da dieser für ihn schädlich ist. Frühere Untersuchungen ergaben, dass die Fähigkeit metronidazolresistenter T. vaginalis, intrazellulären Sauerstoff zu entfernen, reduziert ist. Das Hauptziel dieses Projekts wird es sein, die Datenbasis zur Metronidazolresistenz erheblich zu erweitern. Zu diesem Zweck werden zahlreiche Kandidatenenzyme hergestellt und getestet, als auch auf ihre Häufigkeit in resistenten Trichomonaden gemessen werden. Dazu werden Methoden zum Einsatz kommen, die die Gesamtzahl der Proteine (somit auch Enzyme) in einem Organismus (Proteomics) feststellen und messen können. Es ist anzunehmen, dass sich resistente von normalen Trichomonaden in dieser Hinsicht voneinander unterscheiden. Wir erwarten, dass am Ende dieses Projekts ein deutlich besseres Verständnis von den molekularen Prozessen, die Metronidazolresistenz in T. vaginalis bewirken, stehen wird.

Trichomonas vaginalis ist ein einzelliger Parasit des Menschen, der vor allem den Urogenitaltrakt von Frauen befällt und dort Entzündungen verursachen kann. Obwohl die Trichomonose nicht lebensbedrohlich ist, kann sie lang anhaltende, schmerzhafte Beschwerden verursachen und auch Frühgeburten auslösen. Zusätzlich kann eine unterliegende T. vaginalis Infektion für Infektionen mit dem HIV prädisponieren. Behandelt wird die Trichomonose fast ausschließlich mit Metronidazol, einem Medikament das nur für Mikroaerophile und Anaerobier (zu welchen auch T. vagialis gehört) toxisch ist. Der Grund dafür ist, dass nur in in diesen Organismen die Nitrogruppe der Verbindung reduziert und somit aktiviert wird. Metronidazol ist nun seit mehr als 60 Jahren in der Behandlung der Trichomonose in Gebrauch, aber Resistenzbildung ist ein größer werdendes Problem. In diesem Projekt haben wir Metronidazolresistenz in T. vaginalis untersucht, indem wir eine Anzahl resistenter Stämme auf ihre Proteinexpression hin untersucht haben. Wir identifizierten ein einziges Enzym, das ohne Ausnahme in allen resistent Stämmen weniger stark exprimiert ist oder gar abgeschaltet wird: Flavinreduktase 1. Dieses Enzym reduziert direkt das Flavin FMN, aber dadurch indirekt auch intrazelluläres Eisen (Fe3+ zu Fe2+). Reduziertes Eisen wiederum ist stark reaktiv und kann in Verbindung mit anderen Verbindungen (d.h. Thiolen wie Cystein) die Nitrogruppe von Metronidazol reduzieren. Die Resistenz gegen Metronidazol ist also auf geringere Mengen reduzierten Eisens in der Zelle, verursacht durch die wiederum geringere Aktivität von Flavinreduktase 1, zurückzuführen. Im letzten Drittel der Projektperiode wandten wir eine analoge Herangehensweise an, um Metronidazolresistenz im Bakterium Gardnerella vaginalis aufzuklären. G. vaginalis ist der Hauptverursacher der bakteriellen Vaginose und wird ebenfalls mit Gabe von Metronidazole behandelt. Wiederum ist Metronidazolresistenz ein häufiges Problem in der Behandlung. Wir fanden heraus, dass in metronidazolresistenten G. vaginalis Stämmen, eine Nitroreduktase sehr schwach oder gar nicht exprimiert wird. Wir konnten anhand des gentechnisch hergestellten Enzyms zeigen, dass die G. vaginalis Nitroreduktase Metronidazol und verwandte Verbindungen sehr effizient reduziert und somit in die aktive Form überführt. Wir vermuten, dass dieser Mechanismus ursächlich für Metronidazolresistenz in G. vaginalis ist.