Antibiotikaresistenz scheint sich schneller zu entwickeln als erwartet

Schnelle Zunahme der Antibiotikaresistenz von Bakterien

Pathogene Bakterien beim Menschen entwickeln viel schneller als erwartet Resistenzen gegen Antibiotika. Ein Grund dafür scheint ein bedeutender Gentransfer zwischen Bakterien in unseren Ökosystemen und auf den Menschen zu sein.

Die Resistenzen von Bakterien gegen Antibiotika nehmen schneller zu als erwartet, so das Ergebnis einer Untersuchung von einem Experten der Chalmers University of Technology in Schweden. Die Studie wurde in der englischsprachigen Fachzeitschrift „MicrobiologyOpen“ publiziert.

Auswirkungen der Antibiotikaresistenz

Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation WHO ist die Antibiotikaresistenz eine der größten Bedrohungen für die globale Gesundheit, Lebensmittelsicherheit und Entwicklung. Sie verursacht allein in Europa bereits über 33.000 Todesfälle pro Jahr.

Was ist Konjugation?

Völlig unterschiedliche Bakterienarten können über Plasmide (kleine DNA-Moleküle, in denen Bakterien einen Teil ihrer Gene außerhalb des Chromosoms speichern) sogenannte Resistenzgene aneinander weitergeben. Wenn zwei Bakterienzellen in Kontakt kommen, können sie gegenseitig Plasmide kopieren. Dies wird als Konjugation bezeichnet und ist der wichtigste Mechanismus zur Verbreitung von Antibiotikaresistenzen, erläutert Studienautor Jan Zrimec.

Zunahme von Resistenzgenen in Krankheitserregern

„In den letzten Jahren haben wir beobachtet, dass sich Resistenzgene in viel stärkerem Maße auf menschliche Krankheitserreger ausbreiten, als irgendjemand erwartet hat. Eine Menge dieser Gene scheinen ihren Ursprung in einer Vielzahl von Bakterienarten und Umgebungen zu haben, beispielsweise im Boden, im Wasser und in Pflanzen Bakterien“, berichtet Zrimec in einer Pressemitteilung der Chalmers University of Technology.

Der Experte erklärt weiter, dass die Zunahme der Resistenzgene schwierig zu erklären war, denn obwohl Konjugation sehr häufig vorkommt, wurde angenommen, dass es eine klare Begrenzung dafür gibt, welche Bakterienarten Plasmide aufeinander übertragen können. Plasmide gehören nach der Aussage von Zrimec zu verschiedenen sogenannten Mobilitätsgruppen (MOB-Gruppen), so dass sie nicht zwischen beliebigen Bakterienarten übertragen werden können.

Gentransfer weiter verbreitet als angenommen

Von Zrimec entwickelte neue Methoden der Datenanalyse zeigen jedoch, dass der Gentransfer möglicherweise viel grenzenloser und weiter verbreitet ist, als bisher angenommen wurde. Unter anderem hat der Experte einen Algorithmus entwickelt, der in großen Datenmengen, die aus genetischen Sequenzen der DNA von Tausenden von Plasmiden bestehen, bestimmte DNA-Regionen identifizieren kann, die für die Konjugation notwendig sind – sogenannte oriT-Regionen. Der Algorithmus kann auch Plasmide in MOB-Gruppen sortieren, basierend auf den identifizierten oriT-Regionen.

Gensequenzen von über 4.600 Plasmiden wurden analysiert

Dieser neue Algorithmus wurde eingesetzt, um bekannte Gensequenzen von über 4.600 natürlich vorkommenden Plasmiden aus verschiedenen Bakterientypen zu untersuchen, was bisher nicht systematisch möglich war.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Anzahl der oriT-Regionen fast achtmal höher sein kann, als mit der heute verwendeten Standardmethode nachweisbar, und die Anzahl der mobilen Plasmide möglicherweise doppelt so hoch ist, wie bisher bekannt war.

Außerdem könnte die Anzahl der Bakterienarten, welche mobile Plasmide aufweisen, fast doppelt so hoch sein wie bisher bekannt war. Über die Hälfte dieser Plasmide haben oriT-Regionen, die mit einem Konjugationsenzym eines anderen Plasmids übereinstimmen, welches bisher in eine andere MOB-Gruppe eingeordnet wurde. Dies bedeutet, dass sie von einem dieser Plasmide übertragen werden könnten, welches sich zufällig in der gleichen Bakterienzelle befindet, berichtet Zrimec.

Mehr Übertragungsmechanismen als bisher angenommen

Somit gibt es möglicherweise Übertragungsmechanismen zwischen einer großen Anzahl von Bakterienarten und Umgebungen, von denen bisher eigentlich angenommen wurde, dass es Barrieren gibt, erläutert der Experte.

„Diese Ergebnisse könnten darauf hindeuten, dass es ein robustes Netzwerk für den Transfer von Plasmiden zwischen Bakterien bei Menschen, Tieren, Pflanzen, im Boden, in der aquatischen Umwelt und in der Industrie gibt, um nur einige zu nennen. Resistenzgene kommen natürlich in vielen verschiedenen Bakterien in diesen Ökosystemen vor, und das hypothetische Netzwerk könnte bedeuten, dass Gene aus all diesen Umgebungen auf Bakterien übertragen werden können, die beim Menschen Krankheiten verursachen“, erklärt Zrimec weiter.

Ursache für schnellere Entwicklung von Resistenzen?

„Dies könnte ein möglicher Grund für die schnelle Entwicklung von Resistenzen bei menschlichen Krankheitserregern sein, die wir in den letzten Jahren beobachtet haben. Unser extensiver Einsatz von Antibiotika wirkt selektierend für Resistenzgene, welche somit aus einem viel größeren natürlich vorkommenden genetischen Reservoir einfließen könnten, als wir bisher angenommen haben“, fügt der Experte hinzu.

Die Ergebnisse müssen in Zukunft experimentell verifiziert werden, aber die von Zrimec entwickelten Methoden zur Datenanalyse können bereits von vielen Forschenden eingesetzt werden, die sich mit Antibiotikaresistenzen in verschiedenen medizinischen und biologischen Bereichen beschäftigen. Sie bieten ein leistungsfähiges neues Werkzeug, um die potenzielle Übertragbarkeit verschiedener Plasmide systematisch abzubilden.

Verbesserte Forschung zu Antibiotikaresistenz in Aussicht

„Ich hoffe, dass die Methoden großen Teilen der Forschung zur Antibiotikaresistenz zugute kommen, die ein extrem interdisziplinäres und fragmentiertes Gebiet ist. Die Methoden können für Studien genutzt werden, die darauf abzielen, effektivere Beschränkungen für den Einsatz von Antibiotika, Anweisungen für die Verwendung von Antibiotika und neue Arten von Substanzen zu entwickeln, welche die Verbreitung von Resistenzgenen auf molekularer Ebene verhindern können“, erklärt Zrimec. (as)