Wissenschaftler der University of Southampton haben herausgefunden, dass Bakterien ihre Abwehrsysteme koppeln können, um eine gewaltige Kraft zu entwickeln, die größer ist als die Summe ihrer Teile, um Angriffe von Phagenviren abzuwehren. Zu verstehen, wie Bakterien auf diese Art von Viren reagieren, ist ein großer Schritt bei der Bekämpfung antimikrobieller Resistenzen.
Diese neue Forschung zeigt, dass innerhalb jeder Bakterienzelle verschiedene Abwehrsysteme Partnerschaften eingehen und ihre Stärken bündeln, um virale Bedrohungen wirksam zu bekämpfen. Erkenntnisse der Studie sind veröffentlicht im Tagebuch Zellwirt und Mikrobe.
Phagenviren oder Bakteriophagen könnte man als „die Guten“ der Virenwelt bezeichnen. Mikroorganismen ähneln in ihrem Aussehen einer Spinne und können schädliche Bakterien abtöten, ohne die guten Bakterien in unserem Körper zu beeinträchtigen. Das Verständnis, wie Bakterien auf Phagen reagieren, ist entscheidend für die Erforschung, wie diese Viren als Alternative zu Antibiotika zur Bekämpfung von Infektionen beim Menschen eingesetzt werden können.
Der Hauptautor der Studie, Dr. Franklin Nobrega von der University of Southampton, sagt: „Genau wie unser Immunsystem uns vor schädlichen Keimen schützt, verfügen Bakterien über eigene Abwehrsysteme, die einen dynamischen Schutzschild gegen virale Bedrohungen bilden. Stellen Sie sich vor, …“ Ihre weißen Blutkörperchen, Antikörper und Killer-T-Zellen bündeln ihre Kräfte, um gemeinsam einen Virus abzuwehren. Genau das passiert in Bakterienzellen.
„Früher dachten wir, die bakterielle Abwehr sei ein Einzelfall, aber es stellt sich heraus, dass es sich eher um ein Buddy-System handelt. Ein ‚dynamisches Duo‘ von Abwehrsystemen bündelt seine Kräfte, um eine stärkere Reaktion zu erzielen, als sie sonst erreicht hätten, und könnte so möglicherweise das Leben retten.“ Zelle vor der Zerstörung.
Die Forscher analysierten vorhandene Datensätze, um Muster gepaarter Abwehrsysteme in den Genomen (Zell-DNA-Anweisungen) von rund 42.000 Bakterien, darunter E. coli, zu finden. Sie suchten nach Paaren, die häufiger auftraten, als der Zufall erwarten ließe. Anschließend nahmen die Wissenschaftler eine Auswahl davon und testeten sie im Labor auf eine verbesserte Virusimmunität und vor allem auf eine „Synergie“ – mit anderen Worten: eine Abwehrwirkung der Bakterien, die stärker ist als die Summe ihrer Teile.
Durch die Identifizierung dieser verbesserten Systeme und weitere Tests konnten sie erstmals erkennen, wie die Partnerschaften zwischen einzelnen bakteriellen Abwehrmechanismen darauf beruhen, dass ein System eine Funktion eines anderen nutzt, um seine Aktivität zu verbessern. Zusammen wirken sie robuster als getrennt voneinander.
Antibiotikaresistenz (AMR) wurde von der Weltgesundheitsorganisation als eine der zehn größten globalen Bedrohungen für die öffentliche Gesundheit identifiziert. Sie tritt auf, wenn Medikamente wie Antibiotika nicht mehr wirksam zur Vorbeugung und Behandlung von Krankheiten beitragen. Obwohl Resistenzen gegen Behandlungen auf natürliche Weise auftreten können, beschleunigen der übermäßige Gebrauch bestimmter Medikamente und eine schlechte Infektionskontrolle das Problem.
Phagen könnten eine Möglichkeit sein, bei AMR zu helfen. Ihre Fähigkeit, schädliche Bakterien selektiv abzutöten und gleichzeitig „gute“ Bakterien zu schonen, macht sie zu einem starken Kandidaten als Alternative zu Antibiotika. Es bedarf jedoch noch viel weiterer Forschung, bevor die Behandlungen verfeinert werden und in großem Umfang eingesetzt werden können.
Dr. Franklin Nobrega von der School of Biological Sciences der University of Southampton erklärt: „Phagen werden bereits als letztes Mittel zur Behandlung antibiotikaresistenter bakterieller Infektionen eingesetzt, eine Praxis, die als Phagentherapie bekannt ist. Aber indem wir uns damit befassen, wie sich Bakterien gegen diese verteidigen.“ Mit Phagen können wir unsere Strategien optimieren, um sie bei der Vernichtung von Bakterienzellen noch effektiver zu machen, was einen Hoffnungsschimmer im Kampf gegen Infektionen bietet.“
Die Wissenschaftler sagen, dass ihre Forschung die bereits laufenden Bemühungen zur Entwicklung einer Phagentherapie durch öffentliche Beteiligungsinitiativen ergänzen wird, wie z Das Phagensammlungsprojekt und Open-Science-Initiativen wie KlebPhaCol.
Mehr Informationen:
Yi Wu et al., Bakterielle Abwehrsysteme zeigen synergistische Anti-Phagen-Aktivität, Zellwirt und Mikrobe (2024). DOI: 10.1016/j.chom.2024.01.015. www.cell.com/cell-host-microbe … 1931-3128(24)00019-2