Antibiotikaresistenzen im Fokus der Forschung

Die ras­ante Aus­bre­itung von Antibi­oti­ka-resisten­ten Bak­te­rien hat weltweit die Infek­tions­forsch­er auf den Plan gerufen. Welche Mech­a­nis­men schützen die Bak­te­rien und mit welchen Meth­o­d­en kann man sie erneut angreif­bar machen? Bere­its 2011 pos­tulierten Wis­senschaftler in einem Sci­ence-Artikel, dass Bak­te­rien durch Sul­fid (Schwe­fel­wasser­stoff) vor ver­schiede­nen Antibi­oti­ka geschützt wer­den. Einen solchen „uni­versellen“ Resistenzmech­a­nis­mus kon­nte der DZIF-Wis­senschaftler Fabi­an Grein nun jedoch mit ein­er neuen Tech­nik widerlegen.

Mit sein­er Arbeits­gruppe an der Uni­ver­sität Bonn unter­suchte Fabi­an Grein den Ein­fluss von Sul­fid auf die Empfind­lichkeit von Staphy­lo­coc­cus aureus gegenüber den wichtig­sten Antibi­otikak­lassen. „Ziel­struk­turen gegen Staphy­lokokken“ sind das The­ma des Nach­wuchs­grup­pen­leit­ers im DZIF und so lag es auf der Hand, auch das „Sul­fid-Pos­tu­lat“ an Staphy­lokokken zu über­prüfen, die zu den gefürchteten Kranken­hauskeimen zählen. Welch­er Mech­a­nis­mus kön­nte dieser angenomme­nen Schutz­funk­tion von Sul­fid zugrunde liegen? Und kön­nte man diesen gezielt angreifen und damit die Resistenz der Bak­te­rien brechen?

Schützt Sulfid die Bakterien universell vor Antibiotika?

Um die Wirkung von Sul­fid auf die Bak­te­rien unter­suchen zu kön­nen, mussten die Wis­senschaftler zunächst einen mod­i­fizierten Agardif­fu­sion­stest entwick­eln, der eine kon­tinuier­liche Inku­ba­tion mit Sul­fid ermöglicht. Nur so kann der schnellen Oxi­da­tion des Schwe­fel­wasser­stoffs ent­ge­gengewirkt wer­den. Mit diesem Sys­tem wur­den die Staphy­lokokken sys­tem­a­tisch und ver­gle­ichend mit den wichtig­sten Antibi­otikak­lassen konfrontiert.

„Wir kon­nten mit unser­er Tech­nik zeigen, dass Sul­fid die Bak­te­rien auss­chließlich vor Amino­glykosi­den schützt“, erk­lärt Fabi­an Grein. Amino­glyko­side sind eine het­ero­gene Gruppe von Antibi­oti­ka, die die Pro­tein­bil­dung bei den Bak­te­rien stören und so ihren Tod her­beiführen. Wichtige Vertreter sind Gen­tam­icin, Strep­to­mycin oder Kanamycin.

Bis­lang wurde angenom­men, dass Sul­fid den oxida­tiv­en Stress reduziert, der durch jede Antibi­otik­abehand­lung entste­hen soll. Dieses Pos­tu­lat kon­nten die Forsch­er des DZIF-Forschungs­bere­ichs „Kranken­hauskeime und Antibi­oti­ka-resistente Bak­te­rien“ nun wider­legen. „Amino­glyko­side müssen als einzige Antibi­otikak­lasse die Bak­te­rien­mem­bran energieab­hängig durch­queren, um mit ihrem Ziel in Kon­takt zu kom­men“, erk­lärt Fabi­an Grein. Mit sein­er Gruppe kon­nte er zeigen, dass zugegebenes Sul­fid die Zelle par­tiell vergiftet, so dass nicht mehr genü­gend Energie für die Auf­nahme der Amino­glykosid-Antibi­oti­ka zur Ver­fü­gung ste­ht. Die Zelle ist somit geschützt. Dieser Mech­a­nis­mus ähnelt dem der soge­nan­nten „Small Colony Vari­ants“ (kurz: SCV). Diese S. aureus-Sub­pop­u­la­tio­nen bilden sich beson­ders bei chro­nisch-per­sistieren­den Infek­tio­nen. SCVs weisen auf­grund von Muta­tio­nen ein gerin­geres Mem­bran­po­ten­tial auf und sind durch die ver­ringerte Amino­glykosid-Auf­nahme resistent gegenüber dieser Antibiotikaklasse.

Überraschendes Ergebnis

Fabi­an Grein gibt zu, dass er selb­st etwas über­rascht war, das jahre­lange Pos­tu­lat der „uni­versellen Schutz­funk­tion“ von Sul­fid zu Fall gebracht zu haben. „Wir sehen außer­dem, dass die Pro­duk­tion­s­men­gen von Sul­fid zwis­chen ver­schiede­nen Bak­te­rien­arten stark vari­ieren und im Fall von Staphy­lo­coc­cus aureus für einen effek­tiv­en Schutz gegenüber Antibi­oti­ka zu ger­ing sind.“

Grein und sein Team wollen nun weit­er nach neuen Ziel­struk­turen gegen Staphy­lokokken suchen. „Es wäre natür­lich schön gewe­sen, eine Sub­stanz wie Sul­fid als Schuldigen dingfest machen zu kön­nen und auf der Basis eine uni­verselle Strate­gie gegen Antibi­otikare­sisten­zen zu entwick­eln.“ Aber das Team arbeit­et bere­its an weit­eren Ziel­struk­turen. Der Schw­er­punkt liegt hier­bei auf Angriff­spunk­ten, die eine spez­i­fis­che Abtö­tung der Erreger erlauben, oder deren Manip­u­la­tion die Empfind­lichkeit gegenüber klas­sis­chen Antibi­oti­ka wiederherstellt.