Forscher haben Hinweise auf eine andere Methode, die Bakterien zur Vermeidung von Antibiotika anwenden. Sirirat / Shutterstock
Der weitverbreitete Einsatz von Antibiotika ist maßgeblich für die Entstehung von antibiotikaresistenten Bakterien verantwortlich, die es derzeit gibt eine der größten Bedrohungen zur globalen Gesundheit. Antibiotikaresistenzen verursachen nicht nur bereits eine geschätzte 700,000-Todesfälle pro Jahr, es ist auch zahlreiche Infektionen, einschließlich Lungenentzündung, Tuberkulose und Gonorrhoe gemacht, schwerer zu behandeln. Ohne zu wissen, wie Bakterien daran gehindert werden können, Antibiotikaresistenzen zu entwickeln, wird vorausgesagt, dass vermeidbare Krankheiten dazu führen können 10m stirbt jährlich von 2050.
Einige der Möglichkeiten, die Bakterien resistent gegen Antibiotika werden ist durch Veränderungen im Genom des Bakteriums. Zum Beispiel können Bakterien die Antibiotika abpumpen oder sie können die Antibiotika abbauen. Sie können auch aufhören zu wachsen und sich teilen, was es für das Immunsystem schwierig macht, sie zu erkennen.
Aber, unsere Forschung hat sich auf eine andere, wenig bekannte Methode konzentriert, mit der Bakterien antibiotikaresistent werden. Wir haben direkt gezeigt, dass Bakterien im menschlichen Körper ihre Form verändern können, um nicht von Antibiotika angegriffen zu werden - ein Prozess, bei dem keine genetischen Veränderungen erforderlich sind, damit die Bakterien weiter wachsen.
Nahezu alle Bakterien sind von einer Struktur umgeben, die als Zellwand bezeichnet wird. Die Wand ist wie eine dicke Jacke, die vor Umwelteinflüssen schützt und das Platzen der Zelle verhindert. Es verleiht Bakterien eine regelmäßige Form (z. B. einen Stab oder eine Kugel) und hilft ihnen, sich effizient zu teilen.
Menschliche Zellen besitzen keine Zellwand (oder „Jacke“). Aus diesem Grund ist es für das menschliche Immunsystem einfach, Bakterien als Feinde zu erkennen, da ihre Zellwand sich merklich unterscheidet. Und da die Zellwand in Bakterien vorhanden ist, aber nicht in Menschen, ist sie ein hervorragendes Ziel für einige unserer besten und am häufigsten verwendeten Antibiotika, wie Penicillin. Mit anderen Worten: Auf die Wand gerichtete Antibiotika können Bakterien abtöten, ohne uns zu schaden.
Bakterien können jedoch gelegentlich ohne ihre Zellwand überleben. Wenn die Umgebungsbedingungen die Bakterien vor dem Platzen schützen können, können sie sich in sogenannte „L-Formen“ verwandeln, bei denen es sich um Bakterien handelt, die keine Zellwand haben. Diese Bakterien wurden in 1935 von Emmy Klieneberger-Nobel entdeckt, die sie nach dem Lister-Institut benannte, an dem sie zu dieser Zeit arbeitete.
In einem Labor verwenden wir oft Zucker, um ein angemessenes Schutzumfeld zu schaffen. Im menschlichen Körper wird diese Formänderung typischerweise durch Antibiotika ausgelöst, die auf die Zellwand des Bakteriums oder bestimmte Immunmoleküle abzielen. wie LysozymEin Molekül, das in unseren Tränen enthalten ist und uns vor bakteriellen Infektionen schützt.
Bakterien ohne Zellwand werden oft zerbrechlich und verlieren ihre normale Form. Sie werden jedoch auch für unser Immunsystem teilweise unsichtbar und sind gegen alle Arten von Antibiotika, die speziell auf die Zellwand abzielen, vollständig resistent.
Wissenschaftler vermuteten lange, dass das Umschalten der L-Form zu wiederkehrenden Infektionen beitragen könnte, indem sie Bakterien helfen, sich vor dem Immunsystem zu verstecken und den Antibiotika zu widerstehen. Es war jedoch schwierig, Beweise für diese Theorie zu finden, da die L-Formen schwer fassbar waren und keine geeigneten Nachweismethoden zur Verfügung standen.
Beobachten, wie Bakterien ihre Form ändern
Unsere Studie, veröffentlicht in Nature Communications, befasste sich speziell mit Bakterienarten, die mit wiederkehrenden Harnwegsinfektionen (HWI) in Verbindung stehen. Es stellte sich heraus, dass viele verschiedene Bakterienarten - darunter E. coli und Enterococcus - kann in der Tat als L-Formen im menschlichen Körper überleben. Dies ist etwas, was noch nie zuvor direkt bewiesen wurde. Wir konnten diese heimtückischen Bakterien mit fluoreszierenden Sonden nachweisen, die bakterielle DNA erkennen.
Wir testeten Urinproben von älteren Patienten mit rezidivierenden Harnwegsinfekten, indem wir sie in einer Petrischale mit hohem Zuckergehalt züchteten. Diese Umgebung trug nicht nur dazu bei, Bakterien vor dem Platzen zu schützen, sondern isolierte auch die L-förmigen Bakterien, die in diesen Proben vorhanden waren. In einem separaten Experiment konnten wir den gesamten Prozess in lebenden Zebrafischembryonen in Gegenwart von Antibiotika beobachten.
Nachdem das Antibiotikum entfernt worden war, wandelten sich die Bakterien von L-Formen in ihre reguläre Form mit Zellwänden zurück. (Kredit an die Newcastle University, UK)
Wichtig ist, dass unsere Studie zeigt, dass Antibiotika unter Bedingungen getestet werden müssen, die den menschlichen Körper stärker widerspiegeln. Diejenigen, die derzeit im medizinischen Labor verwendet werden, bieten keinen ausreichenden Schutz für empfindliche L-Formen, um zu überleben.
Bevor wir vollständig verstehen können, wie wichtig das Umschalten der L-Form im Vergleich zu anderen Formen der Antibiotikaresistenz ist, sind weitere Untersuchungen mit mehr Patienten erforderlich. Es wird auch wichtig sein zu untersuchen, welche Rolle L-Formen bei anderen wiederkehrenden Infektionen, wie Sepsis oder Lungeninfektionen, spielen können.
Bisher war die Erforschung von L-Formen ein umstrittenes Feld, aber wir hoffen, dass diese Erkenntnisse zu mehr Erforschung von L-Formen in Krankheitssituationen motivieren. Wir hoffen, dass diese Erkenntnisse dazu beitragen, diese heimtückischen Bakterien aus unserem Körper zu entfernen. Die Kombination von zellwandaktiven Antibiotika mit solchen, die L-Formen abtöten, könnte eine Lösung zur Bekämpfung von Antibiotika-resistenten Infektionen sein.
Unser Kampf gegen Bakterien geht weiter. Während wir neue Strategien entwickeln, um sie zu bekämpfen, finden sie Möglichkeiten, sich zu wehren. Unsere Studie zeigt einen weiteren Weg auf, wie sich Bakterien anpassen, den wir in unserem anhaltenden Kampf gegen Infektionskrankheiten berücksichtigen müssen.
Über den Autor
Katarzyna Mickiewicz, Newcastle University Research Fellow, Newcastle University
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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