Extrazelluläre Antibiotikaresistenz
Bisher konzentrierte sich die Forschung zur antibiotischen Wirkung und Resistenz auf die Ausrichtung auf wesentliche Funktionen innerhalb der bakteriellen Zelle. Es gibt aber immer mehr Hinweise, dass wir die extrazelluläre Resistenz berücksichtigen müssen, was sich auf die von den Bakterien produzierten Moleküle bezieht, die die Wirkstoffe außerhalb der Bakterienzelle stören. Stark antibiotikaresistente Zellen in geringer Anzahl innerhalb einer heterogenen Population schützen die Mehrheit von weniger resistenten Zellen sowie weniger resistente Zellen anderer Spezies. Der Schutz scheint auf der unterstützten Produktion und Freisetzung von bakteriellen Molekülen abzuhängen, die in dem Medium diffundieren und eine erhöhte Antibiotikaresistenz vermitteln. Das EU-geförderte Projekt NONANTIRES (Non-genetic mechanisms of intrinsic antimicrobial resistance) untersuchte, wie Bakterien auf subletale Antibiotikakonzentrationen reagieren und welche Moleküle sie freigeben. Zu diesem Zweck verwendeten die Forscher das Pathogen der epidemischen zystischen Fibrose (CF), Burkholderia cenocepacia, die bei einem bakteriziden Antibiotikum das Polyamin Putrescin sekretierten, sowie das bakterielle Lipocalin-Protein BcnA. Einblick in deren Wirkungsmechanismus zeigten, dass beide Moleküle die produzierenden Bakterienzellen und empfindlichere Bystander-Zellen anderer Spezies vor antibiotischer Abtötung schützten. Insbesondere Putrescin verhinderte die Bindung des Antibiotikums an die Bakterienoberfläche und besserte oxidative Schäden im Inneren der Zellen aus. Der häufigste CF-Erreger, Pseudomonas aeruginosa, verstärkte auch die Putrescin-Produktion bei einer Bedrohung durch Antibiotika. Es stellte sich heraus, dass BcnA unter Bakterien bemerkenswert konserviert war und zu einer großen Familie von konservierten hypothetischen Proteinen (YceI) gehört. Bestimmte YceI-Mitglieder konnten amphiphile Moleküle binden und toxische Fettsäuren oder Amide sequestieren, während andere mit Isoprenoid-Lipiden und Chlorphenoxy-Herbiziden interagierten. Interessanterweise beobachteten die Wissenschaftler, dass bestimmte Vitamine und essentielle Mikronährstoffe in Lebensmitteln in vitro und in vivo eine Antibiotikaresistenz durch bakterielle Lipocaline überwinden konnten. Diese faszinierende Kapazität enthüllte neue Lösungen für den Kampf gegen die Antibiotikaresistenz. NONANTIRES lieferte zwingende Beweise für das kooperative Verhalten von Bakterienpopulationen bei der Bedrohung durch Antibiotika. Angesichts des wachsenden Problems der Multiresistenz weiter durch das Auftreten von Gram-negativen bakteriellen Erregern hat die Arbeit von NONANTIRES das Potenzial, die Suche nach neuen, effektiveren Antibiotika voranzubringen.
Schlüsselbegriffe
Antibiotikaresistenz, Bakterien, zystische Fibrose, Putrescin, Lipocalin, BcnA, Vitamin