Studie zeigt: DNA-Fänger können die Ausbreitung einiger Antibiotikaresistenzen stoppen

Fast ein Jahrhundert lang haben Wissenschaftler gegen antibiotikaresistente Mikroben gekämpft. Forscher der Michigan State University haben nun einen neuen Weg gefunden, dies zu verhindern: Sie setzen in Kläranlagen „DNA-Fänger“ ein.

Syed Hashsham, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der Michigan State University, und James Tiedje, emeritierter Universitätsprofessor in den Abteilungen Pflanzen-, Boden- und Mikrobenwissenschaften sowie Mikrobiologie und Molekulargenetik, haben ein Enzym entdeckt, das im Abwasser schwimmende Stränge antibiotikaresistenter DNA aufspaltet, bevor sie von Bakterien aufgenommen werden und ihre antibiotikaresistenten Eigenschaften annehmen können.

Laut Hashsham könnte dies ein wirksames und umweltfreundliches Mittel sein, um die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen im Abwasser zu kontrollieren und zur Erhaltung der Wirksamkeit von Antibiotika beizutragen.

Die beiden MSU-Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse In Natur Wasser am 19. August zusammen mit Dozenten der University of Science and Technology of China. Hashsham möchte das Enzym weiter testen und seine Verwendung als Abwasserdesinfektionsmittel untersuchen.

„Wie bei jeder neuen Entdeckung muss noch mehr Arbeit geleistet werden, um die Technologie zu optimieren“, sagte Hashsham. „Aber es ist wirklich eine sehr neuartige Technik.“

Antibiotikaresistenzen sind seit der Erfindung des Penicillins ein Problem für die moderne Medizin, vor allem aufgrund von Missbrauch und Überverschreibung. Bakterien entwickeln sich ständig weiter und versuchen zu überleben, wenn neue Antibiotika auf den Markt kommen. Jedes neue Antibiotikum wirkt nur etwa fünf bis acht Jahre, bevor sich Bakterien anpassen, was Infektionen schwer behandelbar macht, sagte Hashsham. Diese Technologie könnte dazu beitragen, die Wirksamkeit der aktuellen Antibiotika zu erhalten

Während Ärzte heute vorsichtiger sind, wenn es darum geht, Antibiotika zu verschreiben, arbeiten Wissenschaftler auch daran, die Ausbreitung antibiotikaresistenter Mikroben zu verhindern. Ein Hotspot für antibiotikaresistente Mikroben sind Kläranlagen, da infizierte Menschen die Bakterien mit dem Kot ausscheiden.

Im Abwasser finden sich auch mobile genetische Elemente, die antibiotikaresistente Gene tragen. Wenn sie von pathogenen Bakterien aufgenommen werden, übernehmen sie die Antibiotikaresistenz des Gens.

Forscher hatten die Idee, sogenannte Restriktionsenzyme zu verwenden. Diese Enzyme wirken wie eine Schere und schneiden genetisches Material in so viele Stücke, dass sie unbrauchbar werden. Sie sind in der Molekularbiologie wohlbekannt, wurden aber bisher noch nicht zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen eingesetzt.

Die Forscher züchteten das Bakterium Shewanella oneidensis, um ein Enzym namens Nuklease oder „DNA-Fänger“ zu produzieren. Diese Behandlung wäre für Kläranlagen wirtschaftlich machbar, ohne negative Wechselwirkungen mit den anderen Chemikalien zu verursachen, die bereits zur Abwasserdesinfektion zugesetzt werden.

Als DNA-Reinigungstrupp fügten sie das Enzym dem Abwasser in konzentrierten, gezielten Mengen hinzu. Innerhalb von vier Stunden waren fast alle vier Typen mobiler genetischer Elemente zerstört. Innerhalb von sechs Stunden waren sie vollständig inaktiviert.

„Um diese Entdeckung zu optimieren, sie mit bestehenden Desinfektionspraktiken kompatibel und kosteneffizient zu machen, bedarf es weiterer Forschung mit groß angelegten Systemen und komplexeren Abwassermatrizen“, sagte Hashsham.

Der nächste Schritt besteht darin, die Wirksamkeit des DNA-Fängers an anderen mobilen genetischen Elementen weiter zu testen. Einige Forscher glauben, dass sich das Enzym als Alternative zu Chlor oder anderen Desinfektionsmitteln im Abwasser erweisen könnte. Obwohl Hashsham dies noch nicht empfehlen kann, ist er zuversichtlich, dass diese Technik ein nützliches Instrument im Kampf gegen Antibiotikaresistenzen sein könnte.