Mechanismus für die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen unter Bakterien aufgedeckt

Ein Bakterium namens Staphylococcus aureus ist weit verbreitet und im Allgemeinen harmlos, kann aber Infektionen verursachen, die als „opportunistische Infektionen“ bekannt sind. Diese treten auf, wenn die Bakterien bestimmte Situationen ausnutzen, wie z. B. ein geschwächtes Immunsystem oder das Vorhandensein einer offenen Wunde, um eine schädliche Infektion zu verursachen. Besonders gefährlich werden diese Infektionen, wenn der Bakterienstamm gegen eine Behandlung mit Antibiotika resistent ist. Stämme von Staphylococcus aureus, bekannt als MRSA, die gegen ein Antibiotikum namens Methicillin resistent sind, werden weltweit zu einem erheblichen Problem. Nun hat ein Team der Universität Tsukuba den Mechanismus aufgeklärt, durch den diese Methicillin-Resistenz zwischen Bakterien weitergegeben werden kann.

Genetische Informationen für Merkmale wie Virulenz und Arzneimittelresistenz können durch die Übertragung mobiler genetischer Elemente von einem Bakterium auf ein anderes übertragen werden, ein Prozess, der als horizontaler Gentransfer bezeichnet wird. Es gibt eine Vielzahl von Methoden, mit denen Bakterien einen horizontalen Gentransfer durchführen können. Der Mechanismus, durch den die Methicillin-Resistenz übertragen wird, war bisher nicht bekannt.

Forscher der Universität Tsukuba haben nun gezeigt, dass ein als natürliche Transformation bekannter Prozess zur Übertragung des mobilen genetischen Elements führen kann, das Resistenz gegen Methicillin trägt, bekannt als „SCCmec“. Bei der natürlichen Transformation gelangen die Bakterienzellen in einen als Kompetenz bezeichneten Zustand, in dem sie genetisches Material aus der Umgebung außerhalb ihrer Zellwand aufnehmen können.

Wenn eine Infektion mit Staphylococcus aureus auftritt, neigen die Bakterien dazu, einen Biofilm zu bilden, in dem die Zellen aneinander und an der Oberfläche, auf der sie sich befinden, haften und ein organisiertes Netzwerk innerhalb einer schleimigen extrazellulären Struktur bilden. Diese Biofilme sind dafür bekannt, Bakterien vor dem Immunsystem des Wirts und vor medizinischer Behandlung zu schützen. Diese Studie hat nun gezeigt, dass auch das Milieu innerhalb des Biofilms den horizontalen Gentransfer fördert.

„Unsere Studie enthüllt nicht nur mehr über die Ausbreitung bakterieller Resistenzen, sondern etabliert ein zuverlässiges System zum Nachweis natürlicher Transformationen in Staphylococcus aureus“, erklärt Hauptautor Professor Ryosuke L. Ohniwa. „Dies wird weitere Untersuchungen darüber ermöglichen, wie man in diesen Prozess eingreifen und die Ausbreitung von Bakterienresistenzen verhindern kann.“

„Biofilmbildung scheint der Schlüssel zu sein, um eine natürliche Transformation zu ermöglichen“, erklärt Seniorautor Professor Kazuya Morikawa. „Die gezielte Bildung von Biofilmen könnte ein vielversprechender Ansatz sein, um die Entwicklung von Staphylokokken-Bakterien und die Ausbreitung bakterieller Resistenzen durch die Übertragung von mobilen SCC-Elementen zu verhindern.“

Diese Arbeit, veröffentlicht in Naturkommunikationstellt damit einen großen Schritt nach vorn im weltweiten Kampf gegen Antibiotikaresistenzen dar.