Krankenhaus-Superbugs verwenden dünne, dehnbare Fasern, um sich an Oberflächen anzuheften und Infektionen zu verursachen

Das antibiotikaresistente Bakterium Acinetobacter baumannii ist eines der weltweit schädlichsten Bakterien, das Krankenhausinfektionen verursacht. Forscher der Universität Turku haben entdeckt, dass sich das Bakterium verbreitet, indem es sich mit ultradünnen, dehnbaren Fasern an Oberflächen anheftet. Die Forscher enthüllten auch, wie diese Fasern auf der Bakterienoberfläche gebildet werden, und schlugen neue Ansätze vor, um bakterielle Infektionen zu verhindern. Die neuen Erkenntnisse wurden in veröffentlicht Natur.

Infektionen im Zusammenhang mit Krankenhäusern und medizinischen Geräten verursachen weltweit große Probleme im Gesundheitswesen. Diese Infektionen sind mit der Fähigkeit von Krankheitserregern verbunden, sowohl biotische als auch abiotische Oberflächen zu besiedeln.

„Der panantibiotikaresistente Acinetobacter baumannii ist einer der problematischsten Erreger für Gesundheitseinrichtungen weltweit und steht derzeit ganz oben auf der Liste der vorrangigen Erreger der Weltgesundheitsorganisation für die Entwicklung neuer Antibiotika“, sagt der Leiter des Joint Biotechnology Laboratory Anton Zavialov von der MediCity Research Center an der Medizinischen Fakultät der Universität Turku, Finnland.

Zavialovs Forschungsgruppe, bestehend aus dem Doktoranden Henri Malmi und den leitenden Forscherinnen Natalia Pakharukova, Minna Tuittila und Sari Paavilainen, entdeckte einzigartige Oberflächenstrukturen, die es Acinetobacter baumannii und verwandten pathogenen Bakterien ermöglichen, Medizinprodukte zu besiedeln und Patienten zu infizieren.

„Diese Entdeckung kann bei der Bekämpfung vieler bakterieller Infektionen helfen, da der gleiche Oberflächenanheftungsmechanismus von vielen wichtigen bakteriellen Krankheitserregern verwendet wird, einschließlich Pseudomonas aeruginosa, dem zweithöchsten Krankheitserreger auf der WHO-Liste“, sagt Zavialov.

Das Bakterium haftet mit ultradünnen, dehnbaren Fasern an Oberflächen

Acinetobacter baumannii ist in der Lage, Medizinprodukte mittels archaischer Chaperone-Usher (ACU)-Pili zu besiedeln. ACU-Pili sind haarähnliche Proteinfasern, die auf der Oberfläche vieler pathogener Bakterien zu finden sind.

Mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie fanden die Forscher heraus, dass die Pili eine einzigartige ultradünne Zickzack-Architektur haben. Die Fasern heften das Bakterium mit winzigen, klebrigen, fingerartigen Strukturen an ihren Enden fest an verschiedene biotische und abiotische Oberflächen. Sobald die klebrigen Finger die Oberfläche greifen, ist die Faser schwer zu lösen, da sie sich dehnen kann, indem sie ihre Konformation von der Zickzack- in eine lineare Form ändert.

„Seglern ist dieses Phänomen bestens bekannt. Mittlerweile ist es üblich, dehnbare Elemente in Festmacherleinen zu verwenden, um Boote in relativ rauem Wasser sicher andocken zu können immer noch 100-mal dünner als menschliche Hände. Die Dehnbarkeit ist entscheidend für solch dünne Fasern, um den hohen Scherkräften standzuhalten, denen Bakterien in ihrer Umgebung ausgesetzt sind“, erklärt Zavialov.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die einzigartige Zickzackstruktur der Fasern auch eine wichtige Rolle bei ihrer Sekretion an die Bakterienoberfläche spielt. Fasern werden aus dem Inneren des Bakteriums durch seine äußere Membran in der ausgedehnten linearen Konformation ausgeschieden. An der Oberfläche verändern sie sich ihre Konformation in die Zickzackform, was verhindert, dass sie zurück in das Bakterium rutschen. Theoretisch können wir Medikamente entwickeln, die diese Konformationsänderung verhindern. Solche Medikamente würden die Faserbiogenese blockieren und die bakterielle Anheftung aufheben“, schließt Henri Malmi.