Antibiotikaresistenzen im Fokus der Forschung

(14.12.2018) Die rasante Ausbreitung von Antibiotika-resistenten Bakterien hat weltweit die Infektionsforscher auf den Plan gerufen. Welche Mechanismen schützen die Bakterien und mit welchen Methoden kann man sie erneut angreifbar machen?

Bereits 2011 postulierten Wissenschaftler in einem Science-Artikel, dass Bakterien durch Sulfid (Schwefelwasserstoff) vor verschiedenen Antibiotika geschützt werden. Einen solchen „universellen“ Resistenzmechanismus konnte der DZIF-Wissenschaftler Fabian Grein nun jedoch mit einer neuen Technik widerlegen.


Der Plättchentest macht Antibiotika-Resistenzen sichtbar.

Mit seiner Arbeitsgruppe an der Universität Bonn untersuchte Fabian Grein den Einfluss von Sulfid auf die Empfindlichkeit von Staphylococcus aureus gegenüber den wichtigsten Antibiotikaklassen.

„Zielstrukturen gegen Staphylokokken“ sind das Thema des Nachwuchsgruppenleiters im DZIF und so lag es auf der Hand, auch das „Sulfid-Postulat“ an Staphylokokken zu überprüfen, die zu den gefürchteten Krankenhauskeimen zählen.

Welcher Mechanismus könnte dieser angenommenen Schutzfunktion von Sulfid zugrunde liegen? Und könnte man diesen gezielt angreifen und damit die Resistenz der Bakterien brechen?

Schützt Sulfid die Bakterien universell vor Antibiotika?

Um die Wirkung von Sulfid auf die Bakterien untersuchen zu können, mussten die Wissenschaftler zunächst einen modifizierten Agardiffusionstest entwickeln, der eine kontinuierliche Inkubation mit Sulfid ermöglicht.

Nur so kann der schnellen Oxidation des Schwefelwasserstoffs entgegengewirkt werden. Mit diesem System wurden die Staphylokokken systematisch und vergleichend mit den wichtigsten Antibiotikaklassen konfrontiert.

„Wir konnten mit unserer Technik zeigen, dass Sulfid die Bakterien ausschließlich vor Aminoglykosiden schützt“, erklärt Fabian Grein. Aminoglykoside sind eine heterogene Gruppe von Antibiotika, die die Proteinbildung bei den Bakterien stören und so ihren Tod herbeiführen. Wichtige Vertreter sind Gentamicin, Streptomycin oder Kanamycin.

Bislang wurde angenommen, dass Sulfid den oxidativen Stress reduziert, der durch jede Antibiotikabehandlung entstehen soll. Dieses Postulat konnten die Forscher des DZIF-Forschungsbereichs „Krankenhauskeime und Antibiotika-resistente Bakterien“ nun widerlegen.

„Aminoglykoside müssen als einzige Antibiotikaklasse die Bakterienmembran energieabhängig durchqueren, um mit ihrem Ziel in Kontakt zu kommen“, erklärt Fabian Grein. Mit seiner Gruppe konnte er zeigen, dass zugegebenes Sulfid die Zelle partiell vergiftet, so dass nicht mehr genügend Energie für die Aufnahme der Aminoglykosid-Antibiotika zur Verfügung steht.

Die Zelle ist somit geschützt. Dieser Mechanismus ähnelt dem der sogenannten „Small Colony Variants“ (kurz: SCV). Diese S. aureus-Subpopulationen bilden sich besonders bei chronisch-persistierenden Infektionen. SCVs weisen aufgrund von Mutationen ein geringeres Membranpotential auf und sind durch die verringerte Aminoglykosid-Aufnahme resistent gegenüber dieser Antibiotikaklasse.

Überraschendes Ergebnis

Fabian Grein gibt zu, dass er selbst etwas überrascht war, das jahrelange Postulat der „universellen Schutzfunktion“ von Sulfid zu Fall gebracht zu haben. „Wir sehen außerdem, dass die Produktionsmengen von Sulfid zwischen verschiedenen Bakterienarten stark variieren und im Fall von Staphylococcus aureus für einen effektiven Schutz gegenüber Antibiotika zu gering sind.“

Grein und sein Team wollen nun weiter nach neuen Zielstrukturen gegen Staphylokokken suchen. „Es wäre natürlich schön gewesen, eine Substanz wie Sulfid als Schuldigen dingfest machen zu können und auf der Basis eine universelle Strategie gegen Antibiotikaresistenzen zu entwickeln.“

Aber das Team arbeitet bereits an weiteren Zielstrukturen. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf Angriffspunkten, die eine spezifische Abtötung der Erreger erlauben, oder deren Manipulation die Empfindlichkeit gegenüber klassischen Antibiotika wiederherstellt.

Das Paper wurde vor kurzem von dem Post-Publikations-Peer-Review-Service F1000Prime empfohlen und als „exceptional“ eingestuft.



Artikel kommentieren

Weitere Meldungen

Auch Waschmaschinen können gefährliche Keime enthalten: Dr. Dr. Ricarda Schmithausen und Dr. Daniel Exner vom Universitätsklinikum Bonn haben dies untersucht; Bildquelle: Volker Lannert/Uni Bonn

Waschmaschine verbreitete antibiotika-resistente Keime

Antibiotika-resistente Erreger können über Waschmaschinen verbreitet werden. Das haben Hygieniker der Universität Bonn für ein Kinderkrankenhaus nachgewiesen
Weiterlesen

ETH Zürich

Antibiotikaresistenzen steigen massiv an

In Schwellen- und Entwicklungsländern nehmen antibiotikaresistente Mikroorganismen in Nutztieren stark zu. Auf einer Karte zeigt ein internationales Forschungsteam unter ETH-Federführung erstmals auf, wo der Handlungsbedarf am grössten ist
Weiterlesen

Das gramnegative Bakterium Klebsiella pneumoniae entwickelt häufig Resistenzen gegen gängige Antibiotika.; Bildquelle: NIAID/CC BY 2.0

Wie Bakterien ein Antibiotikum ausschalten

Forscher des HZI und HIPS haben entdeckt, dass resistente Bakterien den Wirkstoff Albicidin mithilfe eines massenhaft gebildeten Proteins einfangen und inaktivieren
Weiterlesen

Prof. Frieder Schaumburg und Francis Onwugamba, PhD-Student aus Nigeria, bei der Untersuchung einer Fliege; Bildquelle: FZ/E. Wibberg

Fliegen als Überträger antibiotikaresistenter Keime

Kuhfladen, Schweinemist, Schlachtabfälle – was für den Menschen eher unappetitlich daherkommt, ist für so manche Fliege im wahrsten Sinne ein gefundenes Fressen
Weiterlesen

Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

Antibiotikaresistenzen: Ein multiresistenter Escherichia coli-Stamm auf dem Vormarsch

DZIF-Wissenschaftler an der Universität Gießen fanden einen Escherichia coli-Stamm, der sich seit 2010 in Deutschland rasant ausbreitet und gegen mehrere Antibiotika gleichzeitig unempfindlich ist
Weiterlesen

ARAE 2017

Antibiotikaresistenz bei Tieren und in der Umwelt

Der hohe Antibiotikaeinsatz in der Human- und Tiermedizin führt zur Entstehung von Resistenzen gegen verschiedene antibiotische Wirkstoffe
Weiterlesen

EFSA

EFSA und ECDC warnen vor zunehmenden Antibiotikaresistenzen in der Europäischen Union

Bakterien bei Menschen und Tieren sowie in Lebensmitteln zeigen weiterhin Resistenzen gegenüber den am häufigsten eingesetzten antimikrobiellen Substanzen, so der jüngste Bericht über Antibiotikaresistenzen bei Zoonosebakterien in Europa
Weiterlesen

Universität Bayreuth

Spitzenforschung gegen die wachsende Antibiotika- Resistenz von Bakterien

Eine Forschungsgruppe um Prof. Dr. Paul Rösch an der Universität Bayreuth wird in den nächsten Jahren die Mechanismen untersuchen, mit denen sich Bakterien vor antibiotischen Wirkstoffen schützen
Weiterlesen


Wissenschaft


Universitäten


Neuerscheinungen