In einem wissenschaftlichen Durchbruch haben Forscher der Monash University eine revolutionäre „Kehrtwende“ in der Entwicklung der Antibiotikaresistenz entdeckt und damit die weithin akzeptierte Annahme in Frage gestellt, dass einmal entwickelte Merkmale irreversibel sind.
Die Entdeckung, die Erkenntnis, der Fund, veröffentlicht In Naturökologie und Evolution hat weitreichende Auswirkungen auf den Kampf gegen Antibiotikaresistenzen, eine globale Gesundheitskrise, die die Wirksamkeit von Medikamenten gefährdet.
Dollos Gesetz, das als Grundprinzip der Evolutionsbiologie gilt, besagt, dass einmal verlorene Merkmale nicht wiedererlangt werden können.
„Unsere Studie stellt diese Idee in Frage, indem sie das erste bekannte Beispiel einer molekularen umgekehrten Evolution bei Antibiotikaresistenzen aufdeckt“, sagte der Hauptautor der Studie, außerordentlicher Professor Mike McDonald von der Monash University School of Biological Sciences.
Die Studie untersucht das Potenzial, schädliche Eigenschaften wie Antibiotikaresistenzen durch einen Mechanismus namens horizontaler Gentransfer (HGT) rückgängig zu machen.
Das Bakterium Helicobacter pylori stand aufgrund seiner Fähigkeit, DNA durch HGT auszutauschen, im Mittelpunkt des Experiments. Das Forschungsteam verfolgte und sequenzierte genetische Veränderungen in unabhängigen Bakterienpopulationen in Echtzeit.
In einigen dieser Gruppen stellten sie fest, dass die antibiotikaresistente Genvariante in ihre empfindliche ursprüngliche Form zurückgekehrt war, was eine bahnbrechende Entdeckung auf dem Gebiet der Evolutionsbiologie darstellte.
„Stellen Sie sich ein Szenario vor, in dem Infektionen ihre schädlichen Eigenschaften, wie etwa die Antibiotikaresistenz, verlieren und praktisch in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren“, sagte Associate Professor McDonald.
„Diese Forschung eröffnet neue Möglichkeiten in unserem Kampf gegen Antibiotikaresistenzen und unterstreicht die Bedeutung eines verantwortungsvollen Umgangs mit Antibiotika – unseres Ansatzes für den Umgang mit Antibiotika und Insektiziden.“
Die Studie beleuchtet auch die Rolle der Rekombination, des Mischens und Austauschens von genetischem Material, bei der Erleichterung dieser evolutionären Kehrtwende. Populationen mit niedrigeren Rekombinationsraten entwickelten einen Hyper-Rekombinations-Phänotyp, der den DNA-Austausch der Bakterien beschleunigte und die Antibiotikaresistenz umkehrte.
Um die Dynamik der natürlichen Selektion und der HGT besser zu verstehen, erstellten die Forscher ein populationsgenetisches Modell. Mathematische Simulationen ergaben, dass die Resistenzkosten zwar erheblich sind, ein mäßiger bis hoher HGT-Wert jedoch Bevölkerungsgruppen, die gegen Antibiotika resistent waren, wieder anfällig machen könnte.
Die Studie stellt die herkömmliche Meinung über irreversible Merkmale in Frage und stellt einen neuen Weg zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen vor.
„Diese Forschung könnte unsere Strategien gegen Antibiotikaresistenzen neu definieren und Hoffnung auf eine Zukunft geben, in der wir die Ausbreitung schädlicher Merkmale eindämmen und möglicherweise die Wirksamkeit antimikrobieller Medikamente wiederherstellen können“, sagte außerordentlicher Professor McDonald.
Mehr Informationen:
Ein NT Nguyen et al., Horizontaler Gentransfer erleichtert die molekulare Rückentwicklung der Antibiotikasensitivität in experimentellen Populationen von H. pylori, Naturökologie und Evolution (2024). DOI: 10.1038/s41559-023-02269-5