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Künstlerische Darstellung von Zellen/Mikroben

Auch Bakterien handeln gemeinnützig

Selbst die kleinsten Lebensformen handeln Forschern zufolge unter bestimmten Umständen gemeinnützig. Demnach "opfern" einzelne resistente Bakterien im Kampf gegen Antibiotika ihr eigenes Wohl der Gemeinschaft. Eine Handvoll mutierter Keime kann so das Überleben eines ganzen Stamms sichern.

Resistenzen 02.09.2010

Dies könnte unter anderem erklären, warum die immer häufiger auftauchenden resistenten Pathogene bzw. "Superbakterien" so schwer in den Griff zu kriegen sind.

Dem Antibiotikum entkommen

Einzelne Mutationen führen dazu, dass Bakterien resistent werden; das heißt, die schädigende Wirkung diverser Antibiotika kann ihnen nichts mehr anhaben. Man geht davon aus, dass die mutierten Einzeller gegenüber ihren nicht-resistenten Verwandten einen selektiven Vorteil haben. Während die verletzlichen Pathogene langsam aussterben, übernehmen die mutierten Nachkommen sozusagen das Ruder.

Zur Studie in"Nature":
"Bacterial Charity work leads to population-wide resistance" von Henry H. Lee et al.

Die aktuelle Arbeit eines Teams rund um Howard L. Lee vom Howard Hughes Medical Institute in Boston zeigt hingegen, dass Resistenzen nicht nur - wie bisher angenommen - auf der Ebene einzelner Bakterien funktionieren, wesentlich ist demnach auch die Zusammensetzung der gesamten bakteriellen Population. Um den Fortbestand zu sichern, zieht angesichts bedrohlicher Medikamente die ganze Gemeinschaft an einem Strang.

Zunehmend resistent

Nature-Cover zu bakteriellen Rersistenzen

Nature

Für ihre Versuche haben die Forscher Stämme von Escherichia coli steigenden Dosierungen des Breitband-Antibiotikums Norfloxacin ausgesetzt. Das Medikament zielt auf ein Protein, das für die Replikation der DNA wesentlich ist - also für die bakterielle Zellteilung und das Wachstum der Gesamtpopulation.

Laut den Forschern führte die Konfrontation mit dem Mittel in der zu Beginn genetisch völlig identischen Gesamtpopulation bei einzelnen Bakterien zu Mutationen - und damit zu Resistenzen. Die anfänglich geringe und nicht tödliche Dosis des Antibiotikums wurde für eine Weile beibehalten. Das Wachstum der Gesamtpopulation wurde dadurch zwar vorerst gebremst, nach einigen Tagen stieg es allerdings wieder, die Gemeinschaft hat sich an das Mittel gewöhnt bzw. war resistent geworden.

Danach steigerten die Wissenschaftler die Dosis; wieder sank die Wachstumsrate zuerst, war aber nach kurzer Zeit wiederhergestellt. Dieses Spiel wurde insgesamt zehn Tage fortgesetzt. Am Ende konnten die Bakterien eine fünfmal so hohe Dosis von Norfloxacin aushalten als zu Beginn der Versuchsreihe. Aber erstaunlicherweise waren den Forschern zufolge bei weitem nicht alle einzelnen Bakterien resistent geworden. Die Mutanten waren als Individuen sogar weniger erfolgreich bei der Abwehr der Wachstumsstörung, im Vergleich zur Gesamtpopulation.

Mutanten "opfern" sich

Wie die Untersuchung ergab, waren die Mutanten aber dennoch entscheidend bei der Entwicklung der Gesamtresistenz. Nicht dass sich diese - wie zu erwarten gewesen wäre - auf Grund ihrer Resistenz schneller vermehrt hätten: Sie machten auch am Ende nur einen geringen Teil der Gesamtpopulation aus. Ihre speziellen Eigenschaften machen es aber möglich, das Überleben der gesamten Gemeinschaft zu sichern.

Die resistenten Bakterien produzierten nämlich ein kleines Molekül - Indol. Mit dessen Hilfe kann der Einzeller Antibiotika leichter abbauen, gleichzeitig schützt er vor oxidativem Stress. Die Mutanten gaben diesen Stoff an ihre angreifbaren Kollegen weiter, wodurch auch diese das Norfloxacin besser abwehren konnten. Normalerweise können alle Keime Indol produzieren, unter dem Einfluss von Antibiotika wird die Produktion allerdings eingestellt, außer bei entsprechenden Mutationen.

Die Nachbarschaftshilfe ist für die resistenten Bakterien allerdings mit erheblichem Energieaufwand verbunden, deswegen ist ihre individuelle Abwehr auch schwächer als sie sein könnte. "Sie wachsen nicht mehr so gut wie sie könnten, da sie für alle anderen Indol produzieren müssen", so James J. Collins, einer der Studienautoren.

Selbstlos zur Arterhaltung

Aus der Sicht der Bakterienart ist dieses "Verhalten" im Sinne der Gemeinschaft sehr sinnvoll. Sie muss nicht warten, bis sich eine geeignete Mutation in der Gesamtpopulation ausbreitet. Auf diese Weise sind sie schon viel früher gewappnet gegen bedrohliche Medikamente.

Die Ergebnisse stützen laut den Forschern die evolutionsbiologische Theorie der Verwandtenselektion. Diese besagt, dass sich Lebewesen altruistisch gegenüber nahen Verwandten verhalten. Die Selbstlosigkeit der mutierten Bakterie dient demnach einer größeren Sache: dem Fortbestand der Art bzw. der Weitergabe der Gene.

Neue Mittel gegen Superbakterien?

Aus Sicht der Menschen sind die Resultate aus ganz anderen Gründen interessant: Resistenzen sind in den letzten Jahren auf dem Vormarsch; sogenannte Superbakterien - wie zuletzt das NDM1-Bakterium aus Indien, denen kein bekanntes Antibiotikum gewachsen ist, stellen das Gesundheitssystem vor eine schwer lösbare Aufgabe.

Studien wie diese, die zeigen, wie gesamte Populationen Resistenzen entwickeln und wie die einzelnen resistenten und nicht-resistenten Bakterien dabei interagieren, könnten helfen, die Behandlungsstrategien mit Antibiotika zu optimieren, wie Hyun Youk und Alexander van Oudenaarden vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in einem Begleitkommentar schreiben.

Außerdem sollte man laut Collins bei der Entwicklung neuer Antibiotika den Indol-Signalweg bedenken. Vielleicht könnte man verhindern, dass mutierte Bakterien ihre Resistenz mit anderen teilen.

Eva Obermüller, science.ORF.at

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