„Was mich nicht umbringt, macht mich stärker“, ursprünglich geprägt von Friedrich Nietzsche im Jahr 1888ist eine perfekte Beschreibung, wie sich Bakterien entwickeln Antibiotika Resistenz.
Entgegen der landläufigen Meinung Antibiotikaresistenz ist nicht dass Ihr Körper gegen Antibiotika resistent wird.
Resistenzen entstehen, wenn Bakterien Antibiotikamengen ausgesetzt werden, die sie nicht sofort töten. Sie entwickeln Abwehrmechanismen, die verhindern, dass dasselbe Antibiotikum ihnen in Zukunft schadet, selbst in höheren Dosen.
Wie sich Bakterien anpassen
Die Anpassungsfähigkeit von Bakterien beruht zum Teil auf ihrer erstaunlichen Reproduktionsrate. Einige Arten, wie zum Beispiel Escherichia coli, können replizieren so schnell wie alle 20 Minuten, abhängig von der Umgebung. Aus einem Bakterium können in 12 Stunden mehr als 68 Milliarden Bakterien werden.
Allerdings reproduzieren Bakterien ihren genetischen Code nicht originalgetreu und es kann in jeder Generation zu Mutationen kommen.
Obwohl die meisten Veränderungen schlecht sind, können sie manchmal in Gegenwart eines Antibiotikums das Wachstum der Bakterien fördern. Diese „neue und verbesserte“ Bevölkerung übernimmt schnell die Oberhand.
Zusätzliche Mutationen ermöglichen ein Überleben bei noch höheren Antibiotikakonzentrationen.
Diese Entwicklung der Resistenz lässt sich daran erkennen, dass Bakterien auf einer großen Agarplatte (einem Nährstoffträger, auf dem Bakterien gerne wachsen) mit Zonen mit steigenden Antibiotikakonzentrationen wachsen.
Das Wachstum wird gestoppt, wenn sie zum ersten Mal auf die nächste Zone treffen. Sobald sie jedoch eine Resistenz entwickelt haben, breiten sie sich schnell aus, bis sie die nächste Region mit mehr Antibiotika erreichen.
Bakterien in Ihrem Körper können auf ähnliche Weise während der typischen sieben- bis zehntägigen Antibiotikabehandlung leicht Resistenzen entwickeln.
Sie tauschen auch genetisches Material aus
Der andere Schlüsselmechanismus, der eine bakterielle Resistenz ermöglicht, ist die Austausch genetischer Informationen zwischen Bakterien.
Zusätzlich zum Hauptteil der DNA, der das Bakteriengenom kodiert, können Bakterien zirkuläre DNA-Schnipsel, sogenannte Plasmide, beherbergen. Diese Plasmide sind leicht zwischen Bakterien ausgetauschtdarunter verschiedene Arten.
Der Plasmidaustausch erfolgt normalerweise durch direkten physischen Kontakt zwischen Bakterien. Bakterien sind promiskuitiv, daher kann das häufig passieren! Sobald sich Plasmide in einem Bakterium befinden, können sie an die nächste Generation weitergegeben werden.
Leider sind es Plasmide besonders gut bei der Kodierung mehrerer Resistenzgene.
Beobachten Sie, wie Bakterien Resistenzen gegen extrem hohe Antibiotikakonzentrationen entwickeln. Bildnachweis: Harvard Medical School
Vier Möglichkeiten, wie Bakterien widerstehen
Bakterien entwickeln Resistenzen gegen eine Antibiotikabehandlung, indem sie vier Hauptmethoden anwenden:
1. Halten Sie das Antibiotikum fern. Bakterien sind gut darin, unerwünschte Moleküle davon abzuhalten, ins Innere zu gelangen.
Grampositive Bakterien wie Staphylococcus aureus haben eine dicke Zellwand, die eine Lipidmembran umschließt. Gramnegative Bakterien wie E. coli sind schwieriger abzutöten, da sie über eine zusätzliche Außenmembran verfügen, die als zusätzliche Barriere fungiert.
Bakterien können über diese Zelloberflächen die Dinge einschleusen, die sie zum Überleben benötigen. Antibiotika können diese Eintrittswege kapern, aber Bakterien können die Zellwand, Zellmembran und Eintrittsproteine modifizieren, um das Eindringen von Antibiotika zu blockieren.
Zum Beispiel Bakterien die Dicke erhöhen der Zellwand, um Antibiotika wie Vancomycin zu widerstehen.
2. Entfernen Sie das Antibiotikum, wenn es eindringt. Bakterien verfügen über Maschinen, die als bekannt sind Ausflusspumpendie unerwünschte Moleküle aus dem Bakterieninneren ausstoßen.
Bakterien können die Pumpe so verändern, dass sie das Antibiotikum effektiver entfernt, oder sie können einfach mehr Pumpen erzeugen.
Resistenzen gegen Makrolid-Antibiotika wie Erythromycin treten häufig auf die Produktion weiterer Effluxpumpen.
3. Ändern Sie das Antibiotika-Ziel. Antibiotika wirken wie die meisten anderen Medikamente im Allgemeinen dadurch, dass sie die Funktion wichtiger Enzyme innerhalb der Bakterien blockieren. Sie binden gezielt an das Ziel wie ein Schlüssel im Schloss.
Wenn Bakterien die Zielform durch Veränderung der DNA-/Proteinsequenz verändern, kann das Antibiotikum (Schlüssel) nicht mehr an sein Ziel (Schloss) binden.
Resistenzen gegen eine Klasse von Antibiotika, die als Fluorchinolone bekannt sind (zu denen auch Ciprofloxacin gehört), treten häufig auf Mutationen der Enzymziele.
4. Zerstören oder modifizieren Sie das Antibiotikum. Bakterien entwickelten eine Resistenz gegen das ursprüngliche Antibiotikum Penicillin, indem sie ein Protein produzierten, das den Penicillin-Gefechtskopf zerbricht.
Diese Enzyme haben sich weiterentwickelt, um selbst mit den neuesten neuen und verbesserten Penicillin-ähnlichen Antibiotika Schritt zu halten.
Als Reaktion darauf Arzneimittelentwickler geschaffen haben Moleküle, die das Enzym gezielt in seiner Wirkung stoppen, und dosieren diese in Kombination mit dem Antibiotikum.
Ein weiteres Beispiel für eine Antibiotikamodifikation ist die Resistenz gegen eine Klasse von Antibiotika, die Aminoglykoside genannt werden. In diesem Fall verschiedene Arten von Enzymen chemisch modifizieren die Struktur des Aminoglykosids, beispielsweise des Antibiotikums Tobramycin. Nun wurde der Schlüssel so gefeilt, dass er nicht mehr ins Schloss passt.
Bakterien vs. Antibiotika
Während Bakterien Mechanismen entwickelt haben, um Antibiotika zu widerstehen, können diese Anpassungen mit „Fitness“-Einbußen verbunden sein. Bakterien wachsen möglicherweise langsamer oder können durch ein anderes Antibiotikum leichter abgetötet werden.
Daraus entstand das Konzept „Sicherheitensensitivität„Um Resistenzen bei der Behandlung von Patienten durch den Einsatz von Antibiotikapaaren zu verhindern oder zu überwinden. Eine Resistenz gegen das erste Antibiotikum erhöht die Anfälligkeit für das zweite und umgekehrt.
In einigen Fällen führen die „Fitnesskosten“ (Energie- und Materialaufwand zur Aufrechterhaltung der Resistenz) dazu, dass Resistenzgene vorhanden sein können, diese jedoch erst aktiviert werden, wenn sie einem Antibiotikum ausgesetzt werden. Dies macht es schwierig, die Resistenz von Bakterien anhand ihrer genetischen Ausstattung vorherzusagen.
Bakterien werden vielleicht „stärker“, aber sie sind noch nicht unbesiegbar. Wir müssen Maßnahmen ergreifen, bevor die Antibiotikaresistenz uns in eine Ära vor Antibiotika zurückführt.
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