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Schalter auf "resistent"

29.04.2002  00:00 Uhr

Biofilme

Schalter auf "resistent"

von Christina Hohmann, Berlin

Harmlose Bakterien werden zu Killern, sobald sie Biofilme bilden und Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln. Zwei amerikanische Forscher haben jetzt ein Protein identifiziert, das am Übergang von der ungefährlichen in die bedrohliche Form beteiligt ist.

Der überwiegende Teil der Bakterien lebt nicht als Einzelgänger, sondern in einer Gemeinschaft mit komplexen Strukturen, die von einer Polysaccharidmatrix umgeben ist - einem so genannten Biofilm. Diese Filme entstehen nicht nur in Wasserrohren und auf Flusskieseln, sie existieren auch im menschlichen Körper wie etwa auf Prothesen, Kathetern oder Kontaktlinsen. Aber auch ganze Organe können betroffen sein: So sind zum Beispiel Biofilm-bildende Bakterien der Art Pseudomonas aeruginosa für die chronische und gegen Antibiotika resistente Lungeninfektion bei Mukoviszidose-Patienten verantwortlich, die oft zu deren Tod führt.

Weshalb die Bakterien in Biofilmen derart widerstandsfähig gegen antibiotische Substanzen sind, war bisher unklar. Wissenschaftler gingen davon aus, dass Mikroorganismen genetische Veränderungen durchmachen müssen, um Resistenzen zu entwickeln. Das Erbgut der Bakterien in Biofilmen unterscheidet sich jedoch nicht von dem ihrer frei lebenden Artgenossen. Vielmehr gehen sie in einen neuen physiologischen Status über. Hinweise auf eine Art Schalter, mit dem sich die beiden Eigenschaften "biofilmbildend" und "antibiotikaresistent" gemeinsam anknipsen lassen, erhielten Eliana Drenkard und Frederick Ausuble von der Harvard Medical School in Boston aus ihren Experimenten mit Pseudomonas aeruginosa. Sie kultivierten den Keim auf Agarplatten mit jeweils einem medizinisch relevanten Antibiotikum. Es entwickelten sich mehrere resistente Stämme, von denen die meisten auffällig klein waren und scharfe Ränder besaßen, weshalb die Wissenschaftler sie als "rough small-colony variant" bezeichneten. Die Mikroorganismen aus dieser besonderen Kolonieform bildeten deutlich größere Biofilme als der ursprüngliche Stamm. Diese Eigenschaft schien also zusammen mit der Resistenz angeschaltet worden zu sein, vermuten die Forscher.

Dies könnte auch in der Lunge von Mukoviszidose-Patienten der Fall sein. Als Drenkard und Ausuble Sputumproben von Patienten, die mit Antibiotika behandelt worden waren, auf Antibiotika-getränkten Agarplatten anzüchteten, entwickelten sich auch die kleinen Kolonien mit dem charakteristischen scharfen Rand. Bei Proben von unbehandelten Patienten zeigten sich wenige bis gar keine solcher Kolonien.

Was aber löst den Statuswechsel aus? Die Beobachtung, dass die Bakterien ihre ursprünglichen Eigenschaften wieder annahmen, sobald sie ohne Antibiotika kultiviert wurden, legt nahe, dass es sich um einen vorübergehenden, von Umweltbedingungen induzierten Phänotypwechsel handelt und nicht um dauerhafte genetische Veränderungen.

Die Wissenschaftler identifizierten ein Regulator-Protein, das beim Statuswechsel von Pseudomonas aeruginosa eine Rolle spielt und somit zumindest ein Teil des gesuchten "Schalters" ist. Substanzen, die dieses Protein oder andere Teile des beteiligten Signalwegs beeinflussen, könnten die Bakterien zurück in die Antibiotika-sensitive Ursprungsform bringen und Mukoviszidose-Patienten somit eine neue Therapieoption bieten. /

 

Quellen

  • Drenkhard, E. , Ausubel, F. M. Pseudomonas biofilm formation and antibiotic resistance are linked to phenotypic variation. Nature (2002), Band 416, Seite 740
  • O´Toole, G. A. A resistance switch. Nature (2002), Band 416, Seite 695

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