Mit Zucker schlafende Keime wecken |
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14.06.2011 16:13 Uhr |
Von Annette Mende / Wissenschaftlern der Universität Boston ist es gelungen, ruhende Bakterien gezielt zu »wecken« und sie anschließend mit Antibiotika abzutöten.
Die Forscher liefern damit einen neuen Ansatz, wie man sogenannter Persister Herr werden könnte. Darunter versteht man Bakterien, die in eine Art Schlafzustand übergehen. Stoffwechselvorgänge und Wachstum sind dann stark eingeschränkt. In diesem Zustand sind sie unempfindlich gegen Antibiotika, denn diese töten nur stoffwechselaktive Bakterien. Persister kommen beispielsweise in Biofilmen vor und können chronisch rezidivierende Infektionen auslösen.
Um den Schlafzustand von Escherichia-coli-Persistern zu beenden, behandelten die Forscher isolierte Bakterienkulturen zunächst mit verschiedenen Zuckerlösungen. Dann setzten sie das Aminoglykosid-Antibiotikum Gentamicin zu. Wie die Wissenschaftler im Fachjournal »Nature« berichten, wurden die Persister nach vorheriger Gabe von Glucose, Mannitol oder Fructose mit Gentamicin zuverlässig abgetötet (doi: 10.1038/nature10069). Ohne vorherige Zuckergabe war Gentamicin jedoch wirkungslos. Das positive In-vitro-Ergebnis konnten die Wissenschaftler auch in vivo mit Mäusen wiederholen. Sie hatten den Tieren zuvor einen Katheter in den Harntrakt implantiert, den sie mit Biofilmen aus Escherichia coli belegt hatten.
Auch bei persistierenden Staphylococcus-aureus-Bakterien, die im Gegensatz zu Escherichia coli grampositiv sind, funktionierte die Methode. Allerdings führte nur Fructose zu einer antibiotischen Wirkung des Gentamicins. Anders als bei E. coli konnte dieser Effekt mit Glucose und Mannitol nicht induziert werden. Dafür machen die Forscher Unterschiede in der Expression von Transportproteinen für die verschiedenen Zucker zwischen »schlafenden« und »wachen« S. aureus verantwortlich.
Eine weitere wichtige Beobachtung: Die Zuckerlösungen sensibilisierten die Persister zwar für Aminoglykoside, andere Antibiotika wie Chinolone und β-Lactam-Antibiotika blieben aber weiterhin wirkungslos. Offenbar veranlassen die Zucker die Bakterien nicht dazu, wieder in ihren »Normalzustand« überzugehen, in welchem sie wachsen und sich teilen – und für Gyrasehemmer und Hemmstoffe der Zellwandsynthese empfindlich wären. Vielmehr scheinen sie den pH-Gradienten zwischen Bakterieninnerem und der Umgebung zu erhöhen (proton motive force, PMF), eine Voraussetzung dafür, dass Aminoglykoside in die Bakterienzelle aufgenommen werden. Nach vorheriger Zuckergabe erreichen somit mehr Aminoglykosid-Moleküle den Wirkort. /
