[Foto: Prof. H. Hirt; Auf dem Teller unscheinbar – hier durch Fluoreszenz gezeigt. Salmonellen in Pflanzenzellen.] Wien (lme) – Salmonellen können auch Pflanzenzellen infizieren und alle Abwehrmechanismen der Pflanze erfolgreich umgehen. Eine reinigende Oberflächenbehandlung von pflanzlicher Rohkost wie z. B. Abwaschen ist daher kein ausreichender Schutz vor Lebensmittelvergiftung. Diese überraschende Entdeckung wurde jetzt im Rahmen eines Projekts des Wissenschaftsfonds FWF gemacht und heute publiziert. Die Ergebnisse wurden an einer Modellpflanze gefunden, die auch ideale Voraussetzungen zur zukünftigen Entwicklung von Behandlungs- und Testsystemen im Sinne der Nahrungsmittelsicherheit bietet.

1, 5 Milliarden (!) Fälle von Lebensmittelvergiftung pro Jahr werden durch den Bakterienstamm Salmonella hervorgerufen (World Health Organization). Fühlen sich die Bakterien im infizierten Menschen besonders wohl, dann können sie sogar die Zellen des Darms infizieren und sich dort für längere Zeit halten. Bisher galten infizierte Fleischprodukte und Pflanzen, deren Oberfläche mit verunreinigtem Wasser in Kontakt gekommen ist, als einzige Infektionsquelle. Seit heute ist auch durch Arbeiten an der Unité de Recherche en Génomique Végétale (URGV) in Evry, Frankreich, und den Max F. Perutz Laboratories (MFPL) in Wien, Österreich, bekannt, dass dies nicht die ganze Wahrheit ist.

Gehaltvolle Rohkost

In einer heute in PLoS ONE publizierten Arbeit zeigt das Team um den Genetiker Prof. Heribert Hirt, dass Bakterien des Stammes Salmonella typhimurium sogar in Pflanzenzellen eindringen und sich dort vermehren können. Zwar war bereits bekannt, dass Salmonellen bis zu 900 Tage lang in kontaminierten Böden überleben können und diese somit einen geeigneten Infektionsherd für Pflanzen darstellen. Das Team um Hirt konnte nun aber zeigen, dass die Infektionen von Pflanzenzellen aus einem solchen Infektionsherd durchaus aktiv vom Bakterium vorangetrieben werden und nicht wie bisher vermutet allenfalls eher zufällig und – auf Seiten des Bakteriums – passiv erfolgen.

Dazu Prof. Hirt: „Wir haben einzelne Bakterien mit einem fluoreszierenden Protein markiert und dann sehr deutlich deren Eindringen und Vermehrung in Wurzelzellen beobachten können. Bereits drei Stunden, nachdem die Bakterien in Kontakt mit den Wurzeln kamen, waren sie in die Zellen feinster Wurzelhaare eingedrungen. Schon 17 Stunden später waren die Zellen dickerer Wurzeln infiziert.“

Schwaches Abwehrspiel

Prinzipiell sind Pflanzen bakteriellen Angriffen alles andere als hilflos ausgeliefert und wissen sich durchaus zu wehren. Dazu steht eine ganze Reihe von Abwehrmechanismen zur Verfügung. Für den Fall einer Salmonellen-Infektion wurde deren Wirksamkeit nun ebenfalls vom Team um Prof. Hirt untersucht. Zu den Ergebnissen sagt Prof. Hirt: „Tatsächlich versagt diese Abwehr komplett. Obwohl regulierende Proteine wie die beiden Mitogen-aktivierten Protein Kinasen 3 und 6 bereits 15 Minuten nach einer Salmonellen-Infektion aktiviert werden, können sie die Vermehrung der Bakterien nicht verhindern. Ebenso nutzlos erscheint ein anderer Abwehrmechanismus, der durch die Pflanzenbotenstoffe Salicyl- und Jasmonsäure sowie Ethylen aktiviert wird. Zwar zeigt dieser Mechanismus in unseren Untersuchungen bis zu sechs Stunden Aktivität, die Infektion unterbindet aber auch er nicht.“

Die Bedeutung der von Prof. Hirt gemachten Entdeckung kann für die Produktion und Verarbeitung von Nahrungsmitteln nicht überschätzt werden. Mit dem aktuellen und begrüßenswerten Aufstieg großer Schwellenländer zu Industrienationen nimmt deren Bedarf an Nahrungsmitteln und Wasser zu. Neben dem Einsatz von organischem Dünger aus z. T. tierischen Quellen zwingt dieser Bedarf auch zur Bewässerung mit oftmals ungereinigtem – und damit potenziell infektiösem – Wasser. Wenn, wie jetzt erkannt, Salmonellen in Pflanzenzellen überleben und sich vermehren, dann nützt das Reinigen von Rohkost nichts, um eine Lebensmittelvergiftung zu verhindern. Vielmehr müssen neuartige Behandlungsmethoden und Testsysteme für Salmonellen-Infektionen in Pflanzen entwickelt werden. Dank der dafür bestens geeigneten Modellpflanze Arabidopsis thaliana, an der das Team von URGV und MFPL seine Arbeiten durchführte, schaffte dieses FWF-unterstützte Projekt für solche Herausforderungen bereits beste Grundlagen(-forschung).

Originalpublikation:

The dark side of salad: Salmonella typhimurium overcomes the innate immune response of Arabidopsis thaliana and shows an endopathogenic lifestyle. A. Schikora, A. Carreri, E. Charpentier, Heribert Hirt, PLoS ONE. May 2008, Volume 3, Issue 5, e2279