Studie zeigt schnelle Evolution und globale Verbreitung von Pseudomonas aeruginosa

Pseudomonas aeruginosa – ein Umweltbakterium, das verheerende multiresistente Infektionen verursachen kann, insbesondere bei Menschen mit Lungenerkrankungen – hat sich in den letzten 200 Jahren schnell entwickelt und dann weltweit verbreitet, wahrscheinlich bedingt durch Veränderungen im menschlichen Verhalten, wie aus einer neuen Studie hervorgeht.

Die Arbeit erscheint im Journal Wissenschaft.

P. aeruginosa ist weltweit für über 500.000 Todesfälle pro Jahr verantwortlich, von denen über 300.000 auf antimikrobielle Resistenzen (AMR) zurückzuführen sind. Besonders anfällig sind Menschen mit Erkrankungen wie COPD (rauchbedingte Lungenschädigung), Mukoviszidose (CF) und nicht-CF-Bronchiektasien.

Wie sich P. aeruginosa von einem Umweltorganismus zu einem spezialisierten menschlichen Krankheitserreger entwickelte, war bislang nicht bekannt. Um dies zu untersuchen, untersuchte ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Cambridge DNA-Daten von fast 10.000 Proben infizierter Personen, Tiere und Umgebungen auf der ganzen Welt.

Durch die Kartierung der Daten konnte das Team phylogenetische Bäume – „Stammbäume“ – erstellen, die zeigen, wie die Bakterien aus den Proben miteinander verwandt sind. Bemerkenswerterweise stellten sie fest, dass fast sieben von zehn Infektionen durch nur 21 genetische Klone oder „Zweige“ des Stammbaums verursacht werden, die sich in den letzten 200 Jahren schnell entwickelt haben (durch den Erwerb neuer Gene von benachbarten Bakterien) und sich dann weltweit verbreitet haben.

Diese Ausbreitung ist höchstwahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die Menschen begannen, in dicht besiedelten Gebieten zu leben, wo die Luftverschmutzung unsere Lungen anfälliger für Infektionen machte und wo es mehr Möglichkeiten für die Ausbreitung von Infektionen gab.

Diese epidemischen Klone haben eine inhärente Vorliebe dafür, bestimmte Patiententypen zu infizieren, wobei einige CF-Patienten und andere Personen ohne CF bevorzugen. Es stellt sich heraus, dass die Bakterien einen bisher unbekannten Immundefekt bei Menschen mit CF ausnutzen können, der es ihnen ermöglicht, in Makrophagen zu überleben. Makrophagen sind Zellen, die eindringende Organismen „fressen“, sie zerlegen und so die Ausbreitung der Infektion verhindern. Aber ein bisher unbekannter Fehler im Immunsystem von CF-Patienten führt dazu, dass der Makrophage, sobald er P. aeruginosa verschluckt hat, nicht mehr in der Lage ist, ihn wieder loszuwerden.

Nachdem diese Bakterien die Lunge infiziert haben, entwickeln sie sich auf unterschiedliche Weise weiter und spezialisieren sich noch stärker auf eine bestimmte Lungenumgebung. Das Ergebnis ist, dass bestimmte Klone innerhalb von CF-Patienten und andere Klone innerhalb von Nicht-CF-Patienten übertragen werden können, aber fast nie zwischen CF- und Nicht-CF-Patientengruppen.

Professor Andres Floto, Direktor des UK Cystic Fibrosis Innovation Hub an der University of Cambridge und dem Royal Papworth Hospital NHS Foundation Trust sowie leitender Autor der Studie, sagte: „Unsere Forschung zu Pseudomonas hat uns Neues über die Biologie der Mukoviszidose gelehrt und wichtige Wege aufgezeigt, wie wir die Immunität gegen eindringende Bakterien bei dieser und möglicherweise auch bei anderen Erkrankungen verbessern können.“

„Aus klinischer Sicht hat diese Studie wichtige Informationen über Pseudomonas zutage gefördert. Der Fokus lag immer darauf, wie leicht sich diese Infektion zwischen CF-Patienten ausbreiten kann, aber wir haben gezeigt, dass sie sich auch zwischen anderen Patienten mit besorgniserregender Leichtigkeit ausbreiten kann. Dies hat sehr wichtige Konsequenzen für die Infektionskontrolle in Krankenhäusern, wo es nicht ungewöhnlich ist, dass eine infizierte Person auf einer offenen Station mit einer potenziell sehr gefährdeten Person liegt.

„Wir haben unglaubliches Glück im Royal Papworth Hospital, wo wir Einzelzimmer haben und entwickelt und evaluiert ein neues Luftbehandlungssystem, um die Menge der in der Luft befindlichen Bakterien zu reduzieren und alle Patienten zu schützen.“

Dr. Aaron Weimann vom Victor Phillip Dahdaleh Heart & Lung Research Institute an der Universität Cambridge und Erstautor der Studie sagte: „Es ist bemerkenswert, wie schnell sich diese Bakterien entwickeln und epidemische Ausmaße annehmen können, und wie sie sich auf eine bestimmte Lungenumgebung spezialisieren können. Wir brauchen wirklich ein systematisches, proaktives Screening aller gefährdeten Patientengruppen, um die Entstehung weiterer epidemischer Klone zu erkennen und hoffentlich zu verhindern.“