Neues zur Entstehung von Antibiotikaresistenzen
Diese kleinen ringförmigen DNA-Moleküle ermöglichen Bakterien den Austausch von Antibiotikaresistenzen. Als selbstreplizierende genetische Elemente sind sie nicht Teil des Bakteriengenoms und tragen häufig antibiotische Resistenzgene, die zwischen Bakterien übertragbar sind. Das EU-finanzierte Projekt "Evolution of plasmid-mediated resistance in Pseudomonas aeruginosa" (PLASREVO) befasste sich mit der Entstehung und Aufrechterhaltung Plasmid-vermittelter Resistenzen gegen Antibiotika. Obwohl Bakterien durch Plasmide, die Antibiotikaresistenzgene tragen, beim Kontakt mit Antibiotika einen Überlebensvorteil erhalten, hat es auch einen metabolischen "Preis", Wirt für diese genetischen Parasiten zu sein. Um herauszufinden, warum Bakterien diese Plasmide auch in Abwesenheit von Antibiotika beibehalten, untersuchte PLASREVO den häufigen Krankenhauskeim Pseudomonas aeruginosa. An experimentellen und theoretischen Modellen sollte demonstriert werden, dass sich durch Interaktion mehrerer Plasmide, die die gleiche Bakterienzelle koinfizieren, das Überleben der Plasmide verlängert. Dies deutet auf eine Koevolution von Plasmiden mit Umwelt- und klinischen Bakterienpopulationen hin, sodass die Resistenzen noch lange nach Einsatz des Antibiotikums bestehen bleiben. Während früher vermutet wurde, dass für das Überleben der Plasmide die Übertragung zwischen Bakterien maßgeblich ist, zeigen neuere Studien, dass fast die Hälfte aller Plasmide gar nicht übertragbar ist. Da bei jeder Bakterienteilung Plasmidverlust droht, zeigte PLASREVO an einem experimentell entwickelten, sehr instabilen Plasmid, wie sich dieses zügig innerhalb einer Population stabilisiert. Offenbar gleichen Bakterienpopulationen die Nachteile, die das Herumtragen von Plasmidparasiten mit sich bringt, problemlos durch Mutationen aus, die ihm die Anpassung an das Plasmid erlauben. Die Antibiotikaexposition verstärkte die Plasmidstabilität durch positive natürliche Selektion, da all jene Bakterien einen Vorteil haben, die das Plasmid mit den Antibiotikaresistenzgenen tragen. Über eine Art Rückkopplung förderten die Vorteile, die das Plasmid bringt, die natürliche Selektion von Bakterien mit kompensatorischen Mutationen und umgekehrt. Der Grund hierfür war, dass eine positive Selektion auf Resistenzgene die Populationsgröße der Plasmide erhöhte und kompensatorische Mutationen im bakteriellen Genom wiederum die Plasmidstabilität erhöhten. Genaue Kenntnisse zu den evolutionären Grundlagen der Beibehaltung Plasmid-vermittelter Antibiotikaresistenzen in Bakterienpopulationen eröffnen neue Strategien im Kampf gegen diese große Gefahr.
Schlüsselbegriffe
Antibiotikaresistenz, Plasmide, Bakterien, Pseudomonas aeruginosa, kompensatorische Mutationen
