Wie Bakterien als eine Einheit wirken, um Antibiotika zu entkommen
Neue Forschung zoomt auf Pseudomonas aeruginosa eine Strategie aufzudecken, die arzneimittelresistente Bakterien anwenden, um Antibiotika zu vermeiden. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, Antibiotika wirksamer zu machen.
Jean-Louis Bru vom Institut für Molekularbiologie und Biochemie der University of California in Irvine ist der erste Autor der neuen Studie, die in der Journal of Bacteriology.
Bru und Kollegen konzentrierten ihre Forschungsanstrengungen auf Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), eine Art von Bakterien, die hauptsächlich Menschen mit Mukoviszidose angreift.
Mukoviszidose ist eine erbliche Atemwegserkrankung, bei der die Lunge mehr Schleim produziert, als sie sollte. Es betrifft etwa 30.000 Menschen in den Vereinigten Staaten.
P. aeruginosa ist auch im Gesundheitswesen vorhanden und das Bakterium kann sich durch kontaminiertes Wasser, Boden, Hände, Geräte und andere Oberflächen ausbreiten. Das Bakterium kann zu postoperativen Infektionen im Blut oder anderen Körperteilen führen und eine Lungenentzündung verursachen.
P. aeruginosa ist eine der gefährlichsten Arten von Bakterien.
Im Kontext der Krise der öffentlichen Gesundheit, die Antibiotikaresistenz ist, stellte die Weltgesundheitsorganisation (WHO) P. aeruginosa auf der Liste der „vorrangigen Krankheitserreger“ - also der 12 Bakterien, die für die menschliche Gesundheit am gefährlichsten sind, weil sie gegen die Medikamente resistent geworden sind, mit denen Ärzte sie üblicherweise bekämpfen.
Die WHO hat diese 12 Bakterien in „kritische“, „hohe“ und „mittlere“ Prioritäten unterteilt P. aeruginosa als kritisch aufgrund seiner Resistenz gegen die Gruppe von Antibiotika namens Carbapeneme.
Noch vor zwei Wochen wurden die Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten (CDC) ebenfalls als solche eingestuft P. aeruginosa eine „ernsthafte Bedrohung“, die auf die Liste der Krankheitserreger mit hoher Priorität gesetzt wird.
In diesem Gesamtbild sind Forschungen wie die von Bru und Kollegen durchgeführte Studie von entscheidender Bedeutung, um sowohl die Abwehrmechanismen von Bakterien zu verstehen als auch Infektionen wirksamer zu bekämpfen.
Bakterien fungieren als „ein vereinigter Organismus“.
In der neuen Studie untersuchten die Forscher das Wachstum und die Ausbreitung von Bakterien in Petrischalen und stellten so eine Umgebung wieder her, die der der Schleimhäute ähnelt, die dies ermöglichen P. aeruginosa bei Mukoviszidose gedeihen.
Hier testete das Team die Wirkung von Antibiotika und Bakteriophagen auf das „Schwärmen“, dh die Fähigkeit von Bakterien, sich gemeinsam zu bewegen. Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien von innen infizieren und angreifen.
Mischen des Antibiotikums Gentamicin mit P. aeruginosa Schwärme zeigten, dass die Bakterien Signale an ihre Artgenossen senden, sie vor der Gefahr warnen und sie in die Lage versetzen, diese zu vermeiden.
Das Pseudomonas Bakterien tun dies, indem sie das absondern Pseudomonas Chinolon Signaling (PQS) Molekül, schreiben die Autoren. Sie erklären: "Diese Mechanismen haben insgesamt den Effekt, die Infektion auf eine Subpopulation zu beschränken, was das Überleben der Gesamtbevölkerung fördert."
Die Co-Autorin der Studie, Nina Molin Høyland-Kroghsbo, Assistenzprofessorin am Institut für Veterinär- und Tierwissenschaften der Universität Kopenhagen in Dänemark, kommentiert die Experimente und ihre Ergebnisse.
„Wir können im Labor sehen, dass die Bakterien einfach mit Antibiotika oder Bakteriophagen durch den‚ gefährlichen Bereich 'schwimmen. Wenn sie das Warnsignal von ihren Artgenossen erhalten, können Sie im Mikroskop sehen, dass sie sich in einem sauberen Kreis bewegen “, sagt der Forscher und bezieht sich auf die Schwarmbewegung.
"Es ist ein intelligenter Überlebensmechanismus für die Bakterien", fährt sie fort. "Wenn sich herausstellt, dass die Bakterien bei der Infektion von Menschen dasselbe Ausweichmanöver anwenden, kann dies erklären, warum einige bakterielle Infektionen nicht effektiv mit Antibiotika behandelt werden können."
„Es ist ziemlich faszinierend für uns zu sehen, wie die Bakterien kommunizieren und ihr Verhalten ändern, damit die gesamte Bakterienpopulation überleben kann. Man kann fast sagen, dass sie als ein einziger Organismus agieren. “
Nina Molin Høyland-Kroghsbo
Wegbereiter für wirksamere Antibiotika
In einem verlinkten Leitartikel kommentiert Julia C. van Kessel die Bedeutung der Ergebnisse und sagt dies P. aeruginosaDie Fähigkeit, das Verhalten einer Gruppe zu beeinflussen, z. B. das Schwärmen als Reaktion auf Stress, ist ein „einzigartiger“ Befund. Dies veranlasste die Autoren der Studie, den Begriff „kollektive Stressreaktion“ zu prägen, schreibt van Kessel.
Die Autoren der Studie kommentieren auch Möglichkeiten, wie ihre Ergebnisse letztendlich zur Bewältigung der Antibiotikaresistenzkrise beitragen können.
Obwohl noch viel zu tun ist, bevor die Ergebnisse zur Entwicklung hilfreicher Behandlungen führen, wird der nächste Forschungsschritt darin bestehen, Wege zu finden, um die PQS-Signalübertragung der Bakterien zu stören.
Die Ergebnisse „machen den Weg für den Drogenkonsum frei, um zu verhindern, dass das Warnsignal überhaupt gesendet wird“, sagt Nina Molin Høyland-Kroghsbo.
"Alternativ könnten Sie Substanzen entwerfen, die den Empfang des Signals durch die anderen Bakterien blockieren, und dies könnte möglicherweise die Behandlung mit Antibiotika oder Bakteriophagenviren effektiver machen", fügt der Forscher hinzu.
„Infektionen mit dieser Art von Bakterien sind weltweit ein großes Problem, mit vielen Krankenhausaufenthalten und Todesfällen. Deshalb freuen wir uns sehr, neues Wissen einbringen zu können, das möglicherweise zur Bekämpfung dieser Bakterien eingesetzt werden kann. “
Nina Molin Høyland-Kroghsbo
