Bakterielle Reaktionen auf Antibiotika genau betrachtet
Bakterien regulieren die Genexpression in Antwort auf antibiotischen Stress. Das EU-finanzierte OPRA-Projekt ging der Frage nach, ob es in Bezug auf dynamische Reaktionen eine Variabilität zwischen den Zellen gibt und ob diese auf höhere Überlebenschancen ausgerichtet sind. Sie betrachteten auch das Timing der antimikrobiellen Dosierung, um Wachstumshemmung und Absterben zu maximieren, was sehr relevant für die Konzipierung von Antibiotika ist. Mit Hilfe von Escherichia coli maßen die Forscher die globale genregulatorische Reaktion auf die plötzliche Gabe der Antibiotika Tetracyclin und Chloramphenicol (Translationsinhibitoren). Eine Analyse der Daten ergab, dass verschiedene Gene in sehr unterschiedlichen zeitlichen Größenordnungen von Minuten bis Stunden reagieren. Sie identifizierten eine klare zeitliche Hierarchie, in der bestimmte Gene fast sofort auf den Stress antworten, während andere mit beträchtlicher Zeitverzögerung reagieren. Interessanterweise waren zwei dominante Reaktionsmodi zu beobachten. Einer resultierte in permanenten Expressionswerten und der andere in einem schnellen, impulsähnlichen Anstieg und einer schnellen Rückkehr zum ursprünglichen Wert. Die Gene-Ontology-Anreicherungsanalyse belegte, dass viele der Gene, welche das impulsähnliche Verhalten aufweisen, an der Antwort auf die Säurestressreaktion beteiligt waren. Resultate lassen daher erkennen, dass der intrazelluläre pH-Wert infolge der Antibiotika abnimmt, was als ein Auslöser für globale Stressreaktionen wirken könnte. Die OPRA-Daten verschaffen den Forschern ein Bild der bakteriellen Genregulation und der physiologischen Veränderungen in Reaktion auf antibiotischen Stress. Zudem werden die Resultate eine Vorhersage optimierter Behandlungsstrategien ermöglichen, mit denen bakterielle Abwehrreaktionen verhindert werden können. Mit der Quantifizierung wirkungsvoller Parameter, welche die Genregulierung während der Antibiotikabehandlung kennzeichnen, konnten Einblicke dazu gewonnen werden, wie sich Bakterien an Antibiotika anpassen. Forscher setzen oftmals voraus, dass Mikroben nahezu optimal auf Veränderungen reagieren. Die Projektresultate stellen diese Annahme in Frage und haben ein grundlegendes quantitatives Bild des Ausmaßes ergeben, in welchem bakterielle Genregulation in Antwort auf Antibiotika optimiert wird.
Schlüsselbegriffe
Bakterien-, bakteriell, bakteriologisch, antibiotisch, zeitlicher Ablauf, Timing, antibiotischer Stress, OPRA
