Prostatitis: Versteckter Infektionsweg von Escherichia coli in die Prostata entdeckt
Ein Forschungsteam der Universität Würzburg hat erstmals aufgeklärt, wie E. coli-Bakterien in die Prostata gelangen. Die Entdeckung offenbart einen versteckten Infektionsweg und eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung bakterieller Prostatitis.
Seit Langem vermuten Forschende, dass Bakterien in Prostatazellen eindringen, um dort zu überleben und sich sowohl dem Immunsystem als auch der Wirkung von Antibiotika zu entziehen. Bislang fehlten jedoch direkte experimentelle Belege für diese Überlebensstrategie. Die Erforschung von Prostatainfektionen war zudem lange Zeit erschwert, da geeignete Labormodelle fehlten, die die Struktur und Funktion des menschlichen Prostatagewebes realitätsnah abbilden. Ohne die Möglichkeit, Infektionsprozesse in einer authentischen Gewebeumgebung zu untersuchen, blieb die Entwicklung alternativer Therapieansätze jenseits von Antibiotika weitgehend eingeschränkt.
Ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität Würzburg hat nun einen zentralen Pathomechanismus der bakteriellen Prostatitis aufgeklärt und damit die seit Langem bestehende Hypothese experimentell bestätigt. Die in Nature Microbiology publizierten Ergbenisse veranschaulichen erstmals wie mithilfe eines neu entwickelten Organoidmodells Escherichia coli gezielt in Prostatazellen eindringt und dort persistiert.
Die Bilder aus der Konfokalmikroskopie zeigen eine bevorzugte Anhaftung von E. coli (rot) an luminale Prostatazellen (grün) im humanen Prostatagewebe.
Persistenz als klinische Herausforderung
Die bakterielle Prostatitis wird überwiegend durch E. coli verursacht und betrifft weltweit etwa ein Prozent aller Männer im Verlauf ihres Lebens. Klinisch relevant ist weniger die Akutinfektion als vielmehr die hohe Rezidivrate: Trotz langandauernder, hochdosierter Antibiotikatherapie kommt es bei mehr als der Hälfte der Patienten innerhalb eines Jahres zu erneuten Krankheitsmanifestationen. Als mögliche Ursache gelten intrazelluläre bakterielle Rückzugsräume, die Erreger vor Immunabwehr und antimikrobieller Therapie schützen könnten, bislang jedoch nicht eindeutig nachgewiesen waren.
Das Würzburger Team entwickelte ein aus adulten Stammzellen gewonnenes Prostata-Organoidmodell, das zentrale strukturelle und funktionelle Eigenschaften des Prostataepithels abbildet. Für die Infektionsexperimente wurden die Organoide in einer zweidimensionalen Kultur angeordnet, wodurch die apikale Oberfläche der Epithelzellen – der physiologische Kontaktpunkt für bakterielle Erreger – gezielt zugänglich war. Die luminale Differenzierung des Epithels wurde dabei unter androgenem Einfluss gesteuert und erlaubte eine differenzierte Analyse der frühen Interaktionsschritte zwischen Bakterium und Wirtszelle. In diesem System ließ sich erstmals direkt nachweisen, dass uropathogene E.-coli-Stämme aktiv in Prostataepithelzellen eindringen und sich dort intrazellulär vermehren.
Zelltypspezifische Invasion über definierte Rezeptorbindung
Die Untersuchungen zeigten, dass E. coli nicht unspezifisch in das Prostataepithel eindringt, sondern gezielt luminale Epithelzellen attackiert, die die Drüsengänge auskleiden. Basale Epithelzellen erwiesen sich hingegen weitgehend resistent gegenüber einer bakteriellen Aufnahme. Entscheidend für die Invasion ist eine hochspezifische molekulare Interaktion: Das bakterielle Adhäsin FimH bindet als Ligand an die prostataspezifische saure Phosphatase (PPAP) auf der Zelloberfläche.
„Wir haben gezeigt, dass die Invasion von E. coli in Prostatazellen kein zufälliger Prozess ist, sondern eine hochgradig koordinierte Operation“, erläutert Studienleiterin Dr. Carmen Aguilar vom Institut für Molekulare Infektionsbiologie der Universität Würzburg. Erst diese Bindung ermöglicht das aktive Eindringen der Bakterien, ihre intrazelluläre Vermehrung und damit die Etablierung einer persistierenden Infektion.
Die funktionelle Bedeutung von PPAP konnte weiter untermauert werden: Wurde die Expression des Rezeptors experimentell ausgeschaltet, waren sowohl die bakterielle Invasion als auch die intrazelluläre Replikation deutlich reduziert.
Blockade des Eintritts als therapeutisches Konzept
Über die reine Mechanismenaufklärung hinaus identifizierte das Team einen Ansatz zur funktionellen Unterbrechung dieses Invasionswegs. Das Zuckermolekül D-Mannose, das bereits aus Prävention und Therapie von Harnwegsinfektionen bekannt ist, wirkt als kompetitiver Bindungspartner für FimH. Im Organoidmodell sowie in humanen Prostatagewebeschnitten führte seine Anwesenheit zu einer signifikanten Reduktion der bakteriellen Bindung und Invasion, vergleichbar mit FimH-defizienten Bakterienstämmen.
Die Autoren betonen jedoch, dass es sich hierbei um einen präklinischen Nachweis handelt. Ob sich durch D-Mannose klinisch relevante Wirkspiegel im Prostatagewebe erzielen lassen, ist bislang ungeklärt.
Was bedeutet der neue Infektionsmechanismus für die Praxis?
- Rezidivierende bakterielle Prostatitiden lassen sich möglicherweise durch intrazelluläre bakterielle Reservoirs im Prostataepithel erklären
- Rein antibiotische Therapiestrategien könnten intrazellulär persistierende Erreger nicht zuverlässig erfassen
- Die Studie liefert einen biologisch plausiblen Mechanismus für klinisch bekannte Therapieversager
- Nicht-antibiotische, antiadhäsive Zusatzstrategien könnten künftig eine ergänzende Rolle spielen (präklinische Evidenz)
Perspektiven für neue Therapieansätze
Das etablierte Organoidmodell eröffnet neue Möglichkeiten zur differenzierten Untersuchung der intrazellulären Persistenz von E. coli sowie anderer relevanter Prostatapathogene wie Klebsiella oder Pseudomonas. Angesichts zunehmender Antibiotikaresistenzen gewinnt die Entwicklung nicht-antibiotischer Interventionsstrategien zunehmend an Bedeutung.
Die Ergebnisse liefern einen plausiblen mechanistischen Erklärungsansatz für die hohe Rezidivrate bakterieller Prostatitiden und legen nahe, dass intrazelluläre bakterielle Reservoirs ein bislang unterschätztes therapeutisches Hindernis darstellen. Langfristig könnten antiadhäsive Strategien eine sinnvolle Ergänzung zur antibiotischen Therapie darstellen – vorausgesetzt, ihre klinische Wirksamkeit lässt sich in weiteren Studien bestätigen.
Maria Guedes et al. Uropathogenic Escherichia coli invade luminal prostate cells via FimH–PPAP receptor binding; Nature Microbiology, Januar 2026, DOI: 10.1038/s41564-025-02231-0
Quelle: Julius-Maximilians-Universität Würzburg
