Alpha-Haemolysin (alpha-Hly), ein porenbildendes Toxin aus der Gruppe der RTX-Toxine, ist ein essentieller Virulenzfaktor des humanpathogenen, gramnegativen Bakteriums Escherichia coli. Es kann lebensbedrohliche Infektionen wie Cholezystitis, hämorrhagische Kolitis, hämolytisch-urämisches Syndrom, Sepsis und Meningitis verursachen. Auf zellulärer Ebene zeigt alpha-Hly ein breites Spektrum von Wirkungen auf Blut- und Körperzellen. Es verändert die Genexpression sublytisch betroffener Zellen, induziert unter anderem so die Bildung und Freisetzung von Entzündungsmediatoren, verursacht Apoptose oder Nekrose und führt in hohen Konzentrationen zur Lyse der Zellen. In der vorliegenden Arbeit konnten zum Teil erstmalig mit Hilfe der Patch-Clamp-Technik grundlegende Eigenschaften der Porenbildung durch alpha-Hly an Zellmembranen kernhaltiger Zellen beobachtet und analysiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass es nach Applikation von alpha-Hly auf HEK293-Zellen innerhalb einer, verglichen mit anderen Toxinen, auffallend kurzen Latenzzeit zur Porenbildung kommt. Die Porenbildung durch alpha-Hly war transienter Natur und die Poren wechselten zwischen geöffneten und geschlossenen Zuständen. Die Porenöffnungen und -schlüsse erfolgten schlagartig, schnell und betrugen weniger als 10 ms. Es konnte eine elementare Grundpore mit einer Leitfähigkeit von 150 pS identifiziert werden. Die Beobachtungen lassen die Vermutung zu, dass alpha-Hly in der Zellmembran Porencluster bildet, die sich synchron öffnen und schließen können. Die durch alpha-Hly induzierten Poren waren unselektiv permeabel zumindest für monovalente Kationen wie Kalium und Natrium. Weiterhin konnte erstmals elektrophysiologisch gezeigt werden, dass auch Ca2+ durch die alpha-Hly-Poren in die Zellen gelangen kann. Die porenbildende Wirkung von alpha-Hly war von der extrazellulären Anwesenheit von Ca2+ abhängig, wobei Ca2+ durch Sr2+ und Ba2+ substituiert werden konnte. Physiologische Faktoren wie Temperatur oder pH-Wert der Extrazellulärlösung hatten einen starken Einfluss auf die porenbildende Wirkung von alpha-Hly. Die Temperatursenkung und der Ausgleich einer metabolischen Alkalose scheinen daher effektive Maßnahmen in der Therapie generalisierter E.coli-Infekte zu sein.
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