Forschung

Wie Antibiotikaresistenzen überdauern

Ein Kieler Forschungsteam zeigt Mechanismen auf, mit denen Bakterien Behandlungsresistenzen auch ohne Selektionsdruck bewahren.

Antibiotikaresistenz

Tanita Wein untersuchte in ihrer Promotionsarbeit am Beispiel des Bakteriums Escherichia coli, wie sich Plasmide in Abwesenheit eines Selektionsdrucks entwickeln. | Institut für Allgemeine Mikrobiologie, CAU

Teile der Erbinformationen vieler Mikroorganismen liegen auf sogenannten Plasmiden vor. Dabei handelt es sich um genetische Elemente, die lediglich aus einem DNA-Ring bestehen und sich selbstständig vervielfältigen können. Die meisten Bakterien verfügen über solche Plasmide, da sie ihnen die Aufnahme neuer Erbinformationen ermöglichen. Dies geschieht durch den sogenannten horizontalen Gentransfer: Bei diesem Prozess versorgen Plasmide Bakterienzellen mit neuem genetischen Material, auch über die Grenzen anderer Bakterienarten hinweg.

Kölner Team

Resistente Keime möglichst früh zu erkennen, kann lebensrettend sein. DZIF-Wissenschaftler an der Uniklinik Köln haben mit Antikörpern einen diagnostischen Test entwickelt, der innerhalb von nur zehn Minuten die weit verbreitete Carbapenem-Resistenz von Acinetobacter-baumannii-Bakterien anzeigt.

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Dies erlaubt es Bakterien, sich schnell und flexibel an geänderte Umweltbedingungen anzupassen, was insbesondere für bakterielle Krankheitserreger von Vorteil ist. Allerdings sind Plasmide für den Wirtsorganismus nicht „umsonst“ verfügbar, da sie die Ressourcen der Wirtszellen mitnutzen, zum Beispiel zur Energieversorgung oder Reproduktion. Bisher gingen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daher davon aus, dass Plasmide nur so lange von Bakterien beherbergt werden, wie sie ihnen einen evolutionären Vorteil verschaffen können.

Plasmide können in Bakterien permanent überdauern

Ein Forschungsteam vom Institut für Allgemeine Mikrobiologie an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat nun gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen von der israelischen Ben-Gurion-Universität des Negev nachgewiesen, dass dies nicht immer der Fall ist: Am Beispiel des Modellorganismus Escherichia coli, einem zum Beispiel häufig im Darm verschiedener Wirbeltiere vorkommenden Bakterium, konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen einer Forschungsarbeit des Kiel Evolution Center (KEC) zeigen, dass Plasmide in Bakterien permanent überdauern können, ohne dass der Wirt zunächst einen konkreten Nutzen daraus zieht. Langfristig bewahren sie sich damit aber das Potenzial für schnelle evolutionäre Anpassungen bei veränderlichen Umweltbedingungen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Kieler Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Communications.
 
Normalerweise sorgt der sogenannte positive Selektionsdruck dafür, dass sich bestimmte für den Wirt vorteilhafte Funktionen des Plasmids durchsetzen. Ein solcher äußerer Anpassungsdruck wäre zum Beispiel die Gabe eines Antibiotikums. Hier profitiert das Bakterium von den in den Plasmiden enthaltenen Resistenzgenen und kann mit ihrer Hilfe eine Unempfindlichkeit gegen den antibakteriellen Wirkstoff entwickeln. Bis jetzt wurde angenommen, dass Plasmide aber auch eine Belastung für die Bakterienzelle darstellen und daher nur vorhanden sind, so lange sie gebraucht werden. Wenn Bakterien den Antibiotika nicht mehr ausgesetzt sind und damit der Selektionsdruck entfällt, sollten die Plasmide theoretisch langsam verloren gehen und ganz aussterben.