Forscher der University of Saskatchewan (USask) haben herausgefunden, wie ein zuvor übersehenes Gen an der Antibiotikaresistenz beteiligt ist – ein wachsendes globales Problem, das die Gesundheit und das Wohlergehen von Menschen und Tieren bedroht.
Das Gen kodiert für ein Enzym namens EstT und ist in der Lage, Makrolide, eine Klasse von Antibiotika, die üblicherweise zur Behandlung von Krankheiten bei Rindern und anderen Nutztieren verwendet werden, „auszuschalten“ oder zu inaktivieren.
Die Ergebnisse der Forscher wurden letzte Woche in online veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Tylosin, Tilmicosin und Tildipirosin sind einige Antibiotika, die als Makrolide klassifiziert werden. Tierärzte verlassen sich auf diese Medikamente zur Behandlung von Krankheiten bei Rindern wie Atemwegserkrankungen bei Rindern und Leberabszessen sowie anderen Krankheiten bei Nutz- und Haustieren.
Mit dieser Entdeckung werden Tierärzte wissen, dass „die Möglichkeit besteht, dass das Medikament aufgrund des Vorhandenseins des Gens nicht wirkt“, sagte Dr. Poonam Dhindwal (Ph.D.), der Hauptautor der Veröffentlichung und Postdoktorand am Western Hochschule für Veterinärmedizin (WCVM).
Antibiotika verlieren aufgrund der weltweiten Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen an Wirksamkeit. Schätzungen aus dem Jahr 2019 zufolge wurden mehr als 1,2 Millionen Todesfälle beim Menschen durch arzneimittelresistente Infektionen verursacht. Antimikrobielle Resistenzgene (ARGs) – mobile genetische Elemente, die zwischen Mikroorganismen übertragen werden können – helfen, die Resistenz zu beschleunigen.
Das USask-Forschungsteam unter der Leitung von WCVM-Assistenzprofessor Dr. Tony Ruzzini (Ph.D.) und in Zusammenarbeit mit Dr. Murray Jelinski (DVM) machte die Entdeckung, nachdem es Bakterien analysiert hatte, die aus Tränkebecken auf einem westkanadischen Rindermastbetrieb gesammelt wurden.
„[Our discovery] fügt dem Puzzle ein weiteres Stück hinzu“, sagte Jelinski, Professor für klinische Großtierwissenschaften und Inhaber des Alberta-Lehrstuhls für Rindergesundheit am Veterinärkolleg.
Ruzzini sagte, Wissenschaftler hätten zuvor die Existenz dieses Gens identifiziert, das häufig in vielen tierischen Krankheitserregern und ihren Mikrobiomen vorkommt, aber sein Zweck blieb ein Rätsel. Was das USask-Forschungsteam entdeckte, ist, dass dieses Gen die Ringstruktur des Antibiotikums durch Hydrolyse (durch Wasser verursachte chemische Reaktion) aufbrechen kann.
„Wenn Sie den Ring zerbrechen oder den Ring mit Wasser öffnen, stören Sie die aktive Form des Antibiotikums. Es hat also keine hohe Affinität mehr zum Ziel“, sagte Ruzzini.
Er fügte hinzu, dass das Medikament, sobald das Gen die Struktur des Antibiotikums zerstört hat, nicht mehr so effektiv bei der Behandlung einer Krankheit wirken kann: „Die Inaktivierung ist besorgniserregend, weil sie die wirksame Menge an Antibiotika verringert, die während einer Infektion abgegeben wird.“
Ruzzini sagte, sein Team habe das Gen in einem Cluster mit drei anderen ARGs gefunden – der erste Hinweis darauf, dass es an der Antibiotikaresistenz beteiligt sein könnte. Nachdem das Team das Gen identifiziert hatte, arbeiteten die Teammitglieder daran, es zu klonen und es gegen eine Reihe von Antibiotika aus verschiedenen Klassen zu testen.
„Obwohl wir dieses Gen in einem Umweltorganismus gefunden haben, ist es auch in Krankheitserregern vorhanden, die für die Verursachung von Atemwegserkrankungen bei Rindern (BRD) verantwortlich sind“, sagte Ruzzini. Sein Labor hat zahlreiche Studien zur Untersuchung von BRD durchgeführt, das allgemein als Schifffahrtsfieber bekannt ist.
Jelinski sagte, dass die Arbeit des Teams für alle Forscher auf dem Gebiet der Human- und Tiergesundheit von Interesse sein sollte, die sich mit der Resistenz gegen antimikrobielle Mittel befassen.
„Unser Ergebnis ergänzt die beträchtliche Datenbank von ARGs, die mit der DNA eines Bakteriums abgeglichen werden können, um festzustellen, ob das Bakterium das Potenzial hat, gegen ein bestimmtes antimikrobielles Mittel resistent zu sein“, sagte Jelinski.
Ruzzini fügte hinzu, dass sein Forschungsteam weiterhin mehr darüber erfahre, wie EstT funktioniert.
„Da AMR-Überwachungssysteme mehr auf molekulare Werkzeuge zur Erkennung angewiesen sind, wird unser Wissen über dieses spezifische Gen und seine Integration in diese Systeme dazu beitragen, die Verwendung antimikrobieller Mittel besser zu informieren“, sagte Ruzzini.
Mehr Informationen:
Poonam Dhindwal et al., Ein vernachlässigtes und aufkommendes Gen für antimikrobielle Resistenz kodiert für eine Serin-abhängige Makrolid-Esterase, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2219827120