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Antibiotikaresistenzen breiten sich schnell aus weltweit. Wenn infektiöse Bakterien auf bestimmte Weise mutieren und sich dann vermehren, können sie selbst gegen die stärksten Medikamente resistent werden. Forschungen haben jedoch eine besorgniserregende Alternative zur Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen aufgezeigt: einen Organismus, der seine Resistenz auf andere lebende Bakterien überträgt.
Im Juni befand sich 2012, ein 35-jähriger Mann aus São Paulo, mit unzähligen Problemen im Krankenhaus. Neben der Diagnose von Hautkrebs wurde ihm mitgeteilt, dass er eine potenziell tödliche bakterielle Infektion habe. Die Ärzte setzten ihn auf Chemotherapie und Antibiotika, und die bakterientötende Behandlung schien ihre Wirkung zu entfalten. Aber innerhalb eines Monats war das mikrobenbedingte Fieber zurückgekehrt.
Die Patientin hatte sich den bekannten Superbug MRSA (Methicillin-resistent) zugezogen Staphylococcus aureus). So wandte sich das Ärzteteam einem der Antibiotika der "letzten Verteidigungslinie" zu, dem leistungsstarke Verbindung Vancomycin. Dieser Stamm von MRSA hatte ursprünglich keine natürliche Abwehr gegen Vancomycin, war jedoch im August dieses Jahres resistent geworden, was die Behandlung unwirksam machte.
Wissenschaftler würden später aufdecken Anstatt durch eine einfache Mutation Resistenz zu erlangen, wurde der MRSA stattdessen ein riesiges Stück neuer DNA geschenkt. In dieser Reihe von gespendeten genetischen Codes befanden sich die Anweisungen für Proteine, die die Bakterien vor der zerstörerischen Wirkung des Antibiotikums schützen sollten. MRSA hatte eine gewinnende Hand bekommen, aber woher kam diese DNA?
Enter Enterococcus faecalis. Dieser Fehler wird normalerweise als Kommensalbakterium (eines unserer „guten Bakterien“) beschrieben, das glücklich in unserem Darm lebt und keinen Schaden anrichtet. Unsere Verdauungstrakte sind ein Bienenstock mit mikrobieller Aktivität, in dem einzellige Organismen in ihren Billionen leben. Das sogenannte Mikrobiom ist unglaublich wichtig für die Aufrechterhaltung einer gesunder menschlicher Darm, sondern hilft auch, die finstere Seite von Käfern wie Fäkalien zu unterdrücken.
Wenn Patienten mit geschwächtem Immunsystem sich Antibiotika-Behandlungen unterziehen, kann diese unerwünschte Seite gedeihen. Wenn wir Antibiotika erhalten, fegen sie wahllos alle Bakterien weg, die keine natürlichen Abwehrkräfte haben, und beseitigen manchmal das Darmmikrobiom vieler seiner freundlichen Bewohner. Aber Faecalis ist eigens ausgestattet mit einem Arsenal an natürlichen Resistenzmechanismen in seiner DNA, die ihm oft das Überleben ermöglichen.
Da keine unterdrückenden Nachbarn in der Nähe sind und kein Immunsystem in der Lage ist, sie in Schach zu halten, vermehren sich die Fäkalien und ihre resistenten Altersgenossen und gedeihen und teilen sich glücklich, um in die neu verfügbaren Immobilien des Darms zu gelangen. Und in Kürze kommen sie in engen Kontakt mit ihren resistenten und potenziell krankheitserregenden Nachbarn.
Informationen austauschen
Wenn Menschen zusammenkommen, tauschen wir oft Ideen durch Sprache aus. Aber wenn Bakterien zusammenkommen, können sie durch DNA-kodierte Anweisungen Informationen austauschen. Dies ist bekannt als horizontaler Gentransfer, wo Kopien von DNA von einer Zelle zur anderen wandern. Unglücklicherweise, E. faecalis und seine Superbug-Landsleute verfügen über die besten Informationen, die sie weitergeben können Antibiotika überleben.
Aber faecalis ist auf seinem Evolutionsweg noch einen Schritt weiter gegangen und hat sich zu einem der ultimativen Händler von Antibiotikaresistenzen entwickelt. Ein Abwehrmechanismus, mit dem sich Bakterien vor unerwünschtem genetischem Code schützen, ist das CRISPR-cas9-System, das jetzt auch von Wissenschaftlern eingesetzt wird DNA zu bearbeiten. Das System war ursprünglich ein Mittel für Bakterien, um virale DNA und andere potenziell gefährliche genetische Codes in Stücke zu hacken, bevor sie Schaden anrichteten.
E. faecalis beherbergte einst das wichtige CRISPR-cas9-System, opferte aber erstaunlicherweise den Abwehrmechanismus, damit alle Arten von DNA in die Zellwände eindringen und dort verbleiben konnten. Dies war eine riskante Strategie, die sich jedoch letztendlich als lohnend erwies, da die Faecalis die Möglichkeit hatte, sich eine Reihe genetischer Kenntnisse anzueignen und diese anschließend weiterzugeben. Durch dieses Gewinn-und-Austausch-Design verlieh Faecalis Vancomycinresistenz bei MRSA.
Antibiotikaresistenzen gefährden unsere Fähigkeit, schwere Infektionen zu behandeln. Titikul B / Shutterstock
Antibiotika spielen in der modernen Medizin eine entscheidende Rolle. Sie werden routinemäßig zur Behandlung von Infektionskrankheiten eingesetzt, die präventiv nach der Operation verabreicht werden, und haben dazu beigetragen, die durchschnittliche Lebenserwartung weltweit um durchschnittlich 20 Jahre zu erhöhen. Dies macht die Bekämpfung der Antibiotikaresistenz zu einem der wichtigsten Ziele dringendsten Probleme heute von unserer Spezies konfrontiert. In Bakterien wie Fäkalien haben Wissenschaftler jedoch Mikroben entdeckt, die zusammenarbeiten, um die Gefahr einer weiterentwickelten Antibiotikaresistenz zu erhöhen.
Das macht verständnis E. faecalis von größter Bedeutung. Ein Großteil des natürlichen, intrinsischen Widerstands der Mikrobe bleibt jedoch geheimnisvoll. Frustrierend ist, dass Faecalis oft ein Ass im Ärmel hat, wenn sie von Antibiotika herausgefordert wird. Wenn wir zum Beispiel ein integrales DNA-Stück löschen, stellen wir häufig fest, dass Faecalis einen anderen DNA-Abschnitt hat, der dieselbe Rolle spielen kann und trotzdem Antibiotikaresistenz bietet. Wir wissen jedoch noch nicht genau, welche DNA-Teile genetische Backup-Pläne haben und welche nicht.
Ein Stück DNA ohne Backups wäre ein ideales Medikamentenziel. Glücklicherweise können wir diese wichtigen Teile im Labor identifizieren, indem wir inkrementell DNA-Abschnitte löschen. Nacheinander bringt uns jede Löschung der Identifizierung der wichtigsten Teile des genetischen Codes, die für uns von entscheidender Bedeutung sind, einen Schritt näher E. faecalis Überleben. Dies macht uns zuversichtlich, dass wir bald das Deck zu unseren Gunsten gegen diesen sparsamen opportunistischen Erreger stapeln und den Dealer schließlich aus dem Spiel nehmen können.
Über die Autoren
Sali Morris, Doktorand, University of Bath und James S. Horton, Doktorand, University of Bath
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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