Bakterien überdauern Antibiotika durch Zufallsmechanismus

Forscher haben entdeckt, dass manche Bakterien Antibiotika durch Zufallsmechanismus überleben.
Forscher haben entdeckt, dass manche Bakterien Antibiotika durch Zufallsmechanismus überleben.
Foto: Getty
Was wir bereits wissen
Bakterien können Antibiotika durch Zufall überstehen. Dies geht aus einem Ergebnis eines internationalen Forscherteams hervor. Demnach können manche Bakterien die Behandlung mit Antibiotika überleben. Die Entdeckung könnte dabei helfen, Arzneimittel gegen schwere Bakterienstränge zu entwickeln.

Washington.. Bakterienkolonien können Antibiotika anders überstehen als gedacht. Ein zufälliges Muster ihrer Enzymaktivität lässt den eigentlich tödlichen Wirkstoff zeitweise ins Leere laufen. So finden stets einige Zellen Zeit, sich trotz Antibiotikums zu vermehren. Zu diesem Ergebnis kommt ein internationales Forscherteam im Wissenschaftsmagazin "Science" (doi: 10.1126/science.1229858).

Fast so alt wie die Entdeckung des Penicillin ist die bisher gängige Erklärung dafür, weshalb einige Bakterien die Behandlung mit Antibiotika überdauern: Bereits 1944 beobachteten Forscher, dass Antibiotika weniger wirksam sind gegen Bakterienzellen, die sich nicht mehr vermehren.

In jüngerer Zeit wurde durch Experimente nachgewiesen, dass manche Bakterien den Kontakt mit Antibiotika überleben - dank einer Population von sich nicht teilenden "Persister-Zellen", die bereits vor der Behandlung mit Antibiotika in der Population vorhanden sind.

"Dieses Konzept wurde trotz sehr begrenzter experimenteller Unterstützung als allgemeine Erklärung für die bakterielle Persistenz weitgehend akzeptiert", erläutert Yuichi Wakamoto von der Universität Tokio, einer der beiden Leitautoren. Bislang war es jedoch nicht möglich, das Wachstum der Bakterienzellen vor und nach dem Antibiotikakontakt unmittelbar zu beobachten.

Forscher konnten individuelle Bakterienzellen auswerten

Mit Mikrofluiden, winzigen Flüssigkeitssystemen, war es Forschern um Wakamoto nun möglich, individuelle Bakterienzellen auszuwerten, anstatt sich auf Populationszählungen zu verlassen. Wakamoto und seine Kollegen behandelten das Bakterium Mycobacterium smegmatis, einen Verwandten des Tuberkulose-Erregers, mit dem Antibiotikum Isoniazid.

Isoniazid ist ein sogenanntes Pro-Pharmakon, das erst nach seiner Verabreichung und nachdem es mit bestimmten Verbundstoffen in der Zelle im Austausch ist, aktiv wird. Die Forscher stellten fest, dass sich nicht teilende Persister-Zellen für das Überleben von Mycobacterium smegmatis nicht verantwortlich sind.

Zufällige Ausstöße eines Enzyms könnten eine Erklärung sein

Tatsächlich habe das Überleben der Zellen überhaupt keinen Zusammenhang mit der Wachstumsrate, schreiben die Forscher. Vielmehr machten es Zufallsausstöße von bakteriellen Enzymen namens KatG möglich, dass manche Zellen die Behandlung mit Antibiotika überlebten.

Beim Mycobacterium smegmatis ist es KatG, das Isoniazid aktiviert. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass es in bestimmten Zellen Zeiträume zwischen den Ausstößen gab, in denen die Enzymumwandlung des Pro-Pharmakon kaum möglich war.

Auf diese Weise gelang es manchen Zellen wahrscheinlich, durch das aktivierte Antibiotikum nicht abgetötet zu werden. Damit haben die Forscher einen bislang unbekannten Überlebensmechanismus der Bakterien entdeckt. "Derzeit kann man nur darüber spekulieren, ob es gleiche oder ähnliche Mechanismen auch in anderen Arten von Bakterien gibt, obgleich wir denken, dass dies wahrscheinlich der Fall ist", sagt Wakamoto.

Sollte sich die Vermutung der Forscher bestätigen, könnte die Erforschung dieser Überlebensstrategie dabei helfen, Arzneimittel gegen schwer zu behandelnde Bakterienstränge zu entwickeln. Dazu zählt auch die arzneimittelresistente Tuberkulose, die in vielen Ländern ein immer größer werdendes Problem der öffentlichen Gesundheit ist. (dapd)