Warum Antibiotika im Kampf gegen Bakterien versagen
Bakterien, die gegen die Wirkung von Antibiotika immun sind, sind für medizinische Forschungsgemeinschaften auf der ganzen Welt zu einem Hauptanliegen geworden. Eine neue Studie untersucht, was diese „Superbugs“ angesichts einiger der wirksamsten Medikamente widerstandsfähig macht.
Erst vor kurzem auf Medizinische Nachrichten heuteWir haben eine Studie vorgestellt, die die ständig wachsende Krise der Superbugs hervorhebt, die sich in unerwartet schnellem Tempo auf der ganzen Welt ausbreiten.
Die Autoren dieser Studie warnen düster davor, dass Antibiotika gegen sie bald völlig unwirksam werden könnten, wenn sich Bakterien weiterhin so effektiv und mit solcher Geschwindigkeit „rüsten“.
Deshalb ist es äußerst wichtig zu verstehen, wie genau diese Mikroorganismen die Medikamente abwehren können, die zuvor gegen sie wirken konnten. Dieses Wissen wird der erste Schritt sein, um stärkere Behandlungen zur Bekämpfung hartnäckiger bakterieller Infektionen zu entwickeln.
In einer neuen Studie hat ein Team von Physikern der McMaster University in Hamilton, Kanada, nun herausgefunden, wie Bakterien Antibiotika abwehren können, sobald sie resistent werden.
Obwohl der Mechanismus einfach ist, ist es das erste Mal, dass Forscher ihn untersuchen und dank hochempfindlicher Technologie lokalisieren konnten.
Der leitende Studienautor Prof. Maikel Rheinstädter und Kollegen berichten über ihre Ergebnisse in einem Studienpapier, das die Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikationsbiologie hat heute veröffentlicht. Die Forscher glauben, dass ihre Entdeckung Wissenschaftlern helfen könnte, wirksamere Medikamente zur Behandlung von Infektionen zu entwickeln.
„Es gibt viele, viele Bakterien und so viele Antibiotika, aber wenn wir ein Grundmodell vorschlagen, das für viele von ihnen gilt, können wir viel besser verstehen, wie Resistenzen besser bekämpft und vorhergesagt werden können“, bemerkt Prof. Rheinstädter.
Ein Bedürfnis, Mikromechanismen zu verstehen
Um zu verstehen, wie hartnäckige Bakterien starke Antibiotika in Schach halten können, untersuchten die Forscher im Detail den Mechanismus, der es einem dieser Medikamente ermöglicht, in die Bakterienmembran einzudringen und seine Arbeit zu erledigen.
Für diese Studie wandten sich die Forscher Polymyxin B zu, einem Antibiotikum, das Ärzte bei der Behandlung von Meningitis und Infektionen der Harnwege, Augen und des Blutes verwenden.
Die Forscher erklären, dass sie sich für dieses spezielle Medikament entschieden haben, weil es früher das einzige Antibiotikum war, das gegen Bakterien wirkt, die ansonsten gegen Medikamente resistent sind. Vor einigen Jahren fand ein Team von Spezialisten aus China jedoch heraus, dass ein Bakteriengen diese Mikroorganismen gegen Polymyxine immun machen könnte.
"Wir wollten herausfinden, wie dieses Bakterium dieses Medikament in diesem speziellen Fall gestoppt hat", sagt der Erstautor Adree Khondker und fügt hinzu: "Wenn wir das verstehen, können wir bessere Antibiotika entwickeln."
Die Forscher verwendeten spezielle, empfindliche Werkzeuge, mit denen die Bakterienmembran analysiert werden konnte. Diese Werkzeuge lieferten extrem hochauflösende Bilder, die sogar einzelne Moleküle mit Abmessungen von etwa einem Millionstel der Breite einer einzelnen Haarsträhne aufnahmen.
"Wenn Sie die Bakterienzelle nehmen und dieses Medikament hinzufügen, bilden sich Löcher in der Wand, die wie ein Locher wirken und die Zelle töten", bemerkt Khondker. "Aber es gab viele Debatten darüber, wie diese Löcher überhaupt entstanden sind."
Was passiert mit resistenten Bakterien?
Der Mechanismus, durch den das Antibiotikum in die Bakterienmembran eindringt, funktioniert wie folgt: Das Bakterium, das eine negative Ladung hat, "zieht" automatisch das Medikament ein, das eine positive Ladung hat.
In diesem Fall wirkt die Bakterienmembran jedoch als Barriere gegen das Antibiotikum, um zu verhindern, dass es das Innere des Bakteriums erreicht. Unter normalen Umständen ist dies unwirksam, da die Membran dünn genug ist, damit das Antibiotikum „Löcher in sie stanzen“ kann.
Im Fall eines arzneimittelresistenten Bakteriums ergab die hochmoderne Technologie der Forscher jedoch, dass die Membran steifer und viel schwerer zu durchdringen ist. Darüber hinaus wird die negative Ladung des Bakteriums schwächer, was bedeutet, dass es für das Antibiotikum schwieriger ist, es zu lokalisieren und daran zu haften.
Wie Khondker es beschreibt: "Für die Droge ist es, als würde man vom Schneiden von Jello zum Durchschneiden von Steinen übergehen."
Dies ist das erste Mal, dass ein Forschungsteam diese Änderungen mit Sicherheit genau bestimmen konnte, betonen die Forscher.
„Über diesen Mechanismus wurde viel spekuliert. Aber zum ersten Mal können wir beweisen, dass die Membran steifer ist und der Prozess verlangsamt wird. “
Prof. Maikel Rheinstädter
