Wirksamkeit von Antibiotika deutlich verringert, wenn mehrere Keime vorhanden sind

Eine Studie hat ergeben, dass viel höhere Dosen von Antibiotika erforderlich sind, um eine bakterielle Infektion der Atemwege zu beseitigen, wenn andere Mikroben vorhanden sind. Es hilft zu erklären, warum Atemwegsinfektionen bei Menschen mit Lungenerkrankungen wie Mukoviszidose trotz Behandlung oft bestehen bleiben.

In der heute veröffentlichten Studie in Das ISME-Journalsagen Forscher, dass selbst eine geringe Konzentration einer Mikrobenart in den Atemwegen einen tiefgreifenden Einfluss darauf haben kann, wie andere Mikroben auf Antibiotika reagieren.

Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, bei der Behandlung von Infektionen mit Antibiotika die Interaktion zwischen verschiedenen Mikrobenarten zu berücksichtigen – und die Dosierung entsprechend anzupassen.

„Menschen mit chronischen Infektionen haben oft eine Co-Infektion mit mehreren Krankheitserregern, aber das Problem ist, dass wir das nicht berücksichtigen, wenn wir entscheiden, mit welcher Menge eines bestimmten Antibiotikums sie behandelt werden sollen. Unsere Ergebnisse könnten helfen zu erklären, warum bei diesen Menschen die Antibiotika wirken einfach nicht so gut, wie sie sollten“, sagte Thomas O’Brien, der die Forschung für seine Doktorarbeit durchführte. in der Abteilung für Biochemie der Universität Cambridge und ist gemeinsamer Erstautor der Veröffentlichung.

Chronische bakterielle Infektionen wie die der menschlichen Atemwege sind mit Antibiotika nur sehr schwer zu heilen. Obwohl diese Infektionsarten oft mit einer einzigen pathogenen Spezies in Verbindung gebracht werden, wird der Infektionsort häufig von einer Reihe anderer Mikroben kokolonisiert, von denen die meisten normalerweise nicht selbst pathogen sind.

Die Behandlungsoptionen drehen sich in der Regel um die Bekämpfung des Krankheitserregers und berücksichtigen wenig die kohabitierenden Arten. Diese Behandlungen können jedoch die Infektion oft nicht beseitigen. Warum das so ist, darüber haben Wissenschaftler bis jetzt wenig Einsicht.

Um ihre Ergebnisse zu erhalten, entwickelte das Team ein vereinfachtes Modell der menschlichen Atemwege, das künstlichen Auswurf („Schleim“) enthält, der chemisch dem echten Schleim ähnelt, der während einer Infektion ausgehustet wird, voller Bakterien.

Das Modell ermöglichte es ihnen, wochenlang eine Mischung aus verschiedenen Mikroben, einschließlich Krankheitserregern, stabil zu züchten. Das ist neuartig, denn normalerweise wächst ein Erreger sehr schnell über die anderen hinaus und verdirbt das Experiment. Es ermöglichte den Forschern, Infektionen mit mehreren Arten von Mikroben, sogenannte „polymikrobielle Infektionen“, im Labor zu replizieren und zu untersuchen.

Die drei im Experiment verwendeten Mikroben waren die Bakterien Pseudomonas aeruginosa und Staphylococcus aureus, und der Pilz Candida albicans– eine Kombination, die häufig in den Atemwegen von Menschen mit zystischer Fibrose vorkommt.

Die Forscher behandelten diese mikrobielle Mischung mit einem Antibiotikum namens Colistin, das sehr wirksam bei der Abtötung ist Pseudomonas aeruginosa. Aber wenn die anderen Krankheitserreger daneben lagen Pseudomonas aeruginosa, das Antibiotikum hat nicht gewirkt.

„Wir waren überrascht, als wir herausfanden, dass ein uns bekanntes Antibiotikum eine Infektion beseitigen sollte Pseudomonas funktionierte in unserem Labormodell einfach nicht, wenn andere Fehler vorhanden waren“, sagte Wendy Figueroa-Chavez vom Department of Biochemistry der University of Cambridge, gemeinsame Erstautorin der Arbeit.

Der gleiche Effekt trat auf, als die mikrobielle Mischung mit Fusidinsäure behandelt wurde – einem Antibiotikum, das spezifisch angreift Staphylococcus aureus, und mit Fluconazol – einem Antibiotikum, das spezifisch angreift Candida albicans.

Die Forscher fanden heraus, dass signifikant höhere Dosen jedes Antibiotikums erforderlich waren, um Bakterien abzutöten, wenn es Teil einer polymikrobiellen Infektion war, verglichen mit dem, wenn keine anderen Krankheitserreger vorhanden waren.

„Alle drei artspezifischen Antibiotika waren weniger wirksam gegen ihr Ziel, wenn drei Krankheitserreger zusammen vorhanden waren“, sagte Martin Welch, Professor für Mikrobielle Physiologie und Stoffwechsel am Institut für Biochemie der Universität Cambridge und leitender Autor der Veröffentlichung.

Gegenwärtig werden Antibiotika in der Regel nur im Labor gegen den Hauptpathogen getestet, für den sie entwickelt wurden, um die niedrigste wirksame Dosis zu bestimmen. Aber wenn die gleiche Dosis zur Behandlung einer Infektion bei einer Person verwendet wird, wirkt sie oft nicht, und diese Studie hilft zu erklären, warum. Das neue Modellsystem wird es ermöglichen, die Wirksamkeit potenzieller neuer Antibiotika gegen eine Mischung von Mikrobenarten zusammen zu testen.

Polymikrobielle Infektionen sind in den Atemwegen von Menschen mit zystischer Fibrose häufig. Trotz Behandlung mit hochdosierten Antibiotika bleiben diese Infektionen oft lange bestehen. Chronische Infektionen der Atemwege bei Menschen mit Asthma und chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) sind ebenfalls häufig polymikrobiell.

Durch den Blick auf den genetischen Code der Pseudomonas Bakterien in ihrer im Labor gezüchteten Mischung konnten die Forscher spezifische Mutationen lokalisieren, die zu dieser Antibiotikaresistenz führen. Es zeigte sich, dass die Mutationen häufiger auftraten, wenn auch andere Erreger vorhanden waren.

Vergleich mit dem genetischen Code von 800 Proben von Pseudomonas aus der ganzen Welt ergab, dass diese Mutationen auch bei menschlichen Patienten aufgetreten sind, die mit infiziert worden waren Pseudomonas und mit Colistin behandelt.

„Das Problem ist, dass, sobald Sie ein Antibiotikum zur Behandlung einer mikrobiellen Infektion verwenden, die Mikrobe beginnt, eine Resistenz gegen dieses Antibiotikum zu entwickeln. Das ist passiert, seit Colistin Anfang der 1990er Jahre eingesetzt wurde. Dies ist eine weitere Erinnerung an die dringend notwendig, neue Antibiotika zur Behandlung menschlicher Infektionen zu finden“, sagte Welch.