Laut einer neuen Studie des Quadram Institute und der University of East Anglia können Bakterien schnell Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln, indem sie spezielle Pumpen anpassen, um sie aus ihren Zellen auszuspülen. Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht npj Antimikrobielle Mittel und Resistenz.
Antibiotikaresistenzen sind ein wachsendes Problem von globaler Bedeutung. Die Zunahme resistenter „Superbakterien“ gefährdet unsere Fähigkeit, antimikrobielle Mittel wie Antibiotika zur Behandlung und Verhinderung der Ausbreitung von durch Mikroorganismen verursachten Infektionen einzusetzen.
Es besteht die Hoffnung, dass die Ergebnisse den Einsatz von Antibiotika verbessern werden, um eine weitere Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen zu verhindern.
Prof. Mark Webber von der Norwich Medical School der UEA und dem Quadram Institute sagten: „Die Kenntnis der Einzelheiten der Mechanismen, die Bakterien entwickeln, um resistent zu werden, ist ein wichtiger Schritt zum Verständnis der antimikrobiellen Resistenz. Wir hoffen, dass diese Art von Arbeit dazu beiträgt, zu verstehen, wann und wie Resistenzen entstehen.“ kann uns helfen, Antibiotika besser einzusetzen, um die Selektion von Resistenzen zu minimieren.“
Das Team untersuchte, wie die Exposition gegenüber antimikrobiellen Mitteln zur Entstehung von Resistenzen führt.
Im Großen und Ganzen besteht die Abwehr von Superkeimen gegen Antibiotika darin, Medikamente zu inaktivieren oder ihnen auszuweichen, sie daran zu hindern, in ihre Zellen einzudringen oder sie aus ihren Zellen herauszuholen, bevor sie eine Wirkung entfalten können. Aber wie genau sie das machen, wird noch ausgearbeitet.
In dieser neuen Studie haben Dr. Eleftheria Trampari von QI, Prof. Webber und Kollegen die evolutionären Belastungen nachgebildet, die zu antimikrobieller Resistenz führen, indem sie Salmonellenbakterien zwei verschiedenen Antibiotika ausgesetzt haben.
Den Bakterien wurde ermöglicht, in zwei verschiedenen Zuständen zu wachsen und sich zu vermehren, die ihr Leben in der Umwelt nachahmen.
Einige waren planktonisch – sie schwammen in einer flüssigen Brühe – andere befanden sich in Biofilmen. Bakterien bilden Biofilme auf Oberflächen, um sich vor Stress zu schützen, und die meisten Bakterien in der realen Welt existieren in einem Biofilm.
Hunderte Generationen von Bakterien wurden gezüchtet und den Antibiotika ausgesetzt, und in dieser Evolutionssimulation wählte das Überleben des Stärkeren diejenigen Bakterien aus, die am besten an die Anwesenheit der Antibiotika angepasst waren.
Um herauszufinden, wie diese „Gewinner“ resistent geworden waren, sequenzierten die Forscher die Genome der resistenten Bakterien, um herauszufinden, welche Gene sich im Vergleich zu ihren nicht-resistenten Vorfahren verändert hatten.
Sie fanden heraus, dass beide Antibiotika unterschiedliche Mutationen in einer molekularen Pumpe auslösten, die Salmonellen nutzt, um toxische Verbindungen aus dem Inneren ihrer Zellen zu entfernen. Gemeinsam mit Kollegen von der University of Essex und der University of Cagliari fanden sie heraus, dass diese beiden unterschiedlichen Veränderungen die Funktionsweise der Pumpe auf völlig unterschiedliche Weise veränderten. Die eine erleichterte das Auffangen der Medikamente durch die Pumpen, die andere erleichterte den Durchtritt der Medikamente durch die Pumpe.
Eine Suche in Datenbanken mit Genomen von Salmonella-Isolaten ergab, dass eine dieser Mutationen bereits 2003 auch in der realen Welt mehrfach aufgetreten ist, und zwar bei Salmonellen von Patienten, Nutztieren und Lebensmitteln im Vereinigten Königreich, den USA und der EU.
Die Ergebnisse bestätigen, dass diese Pumpen eine wichtige Rolle als erste Verteidigungslinie gegen antimikrobielle Mittel spielen.
„Diese Arbeit simuliert, was in der realen Welt passiert, wo Bakterien ständig unterschiedlichen Konzentrationen antimikrobieller Mittel ausgesetzt sind“, sagte Dr. Eleftheria Trampari vom Quadram Institute und Erstautorin der Studie.
„Die Untersuchung, wie resistente Stämme entstehen, und die Vorhersage, auf welche Medikamente sie nicht ansprechen, kann bei der Entwicklung von Diagnose- und Behandlungsstrategien hilfreich sein.“
Mehr Informationen:
Eleftheria Trampari et al. Funktionell unterschiedliche Mutationen innerhalb von AcrB untermauern die Antibiotikaresistenz in verschiedenen Lebensstilen. npj Antimikrobielle Mittel und Resistenz (2023). DOI: 10.1038/s44259-023-00001-8