Aufmüpfige Keime: So tricksen Bakterien die Antibiotika aus

Aufmüpfige Bakterien: Forschung zeigt, dass Resistenzen anders entstehen als bislang gedacht. © luchshen/Fotolia

Auch mit Hilfe von Antibiotika ist es schwierig, krankmachende Bakterien gänzlich aus dem Körper zu entfernen. In der Regel schafft es ein Teil der Bakterienpopulation, die medikamentöse Attacke zu überstehen. Dieser kann sein Erbgut verändern und so widerstandsfähige Stämme bilden.

50 Jahre alter Trugschluss

Bereits 1944 wurde beobachtet, dass Antibiotika weniger wirksam gegen Bakterienpopulationen sind, wenn diese nicht wachsen. Daher glaubte man, dass die Keime überleben, weil sie sich während der Therapie nicht teilen und zu vermehren versuchen. Damit fehle den Antibiotika ein wichtiger Angriffspunkt.

Diese Hypothese  erweist sich jetzt allerdings als Trugschluss. "Tatsächlich vermehrt sich ein Teil der Bakterien weiterhin, während andere absterben", erklärt John McKinney von der Schweizer École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Im Endeffekt bleibt so zwar  die Gesamtzahl der Keime in etwa konstant.  Die Population ist aber in sich sehr dynamisch.

Einzelne Bakterien unter Beobachtung

Entdeckt hat man das mithilfe eines relativ neuen Verfahrens: der Microfluid-Technologie. Sie erlaubt es, das Wachstum einzelner Bakterien vor und während des Einsatzes von Antibiotika zu verfolgen.  "Damit können wir die Bakterien individuell beobachten", sagt McKinney.

Gemeinsam mit einem internationalen Team hat der Wissenschaftler mit der Methode nun das Verhalten von Mycobacterium smegmatis, eines nahen Verwandten des Tuberkuloserregers, untersucht. Die Forscher verfolgten den Werdegang der Bakterien in Kulturen und behandelten diese währenddessen mit dem Tuberkulosemittel Isoniazid. Damit das Medikament wirken kann, benötigt es ein spezielles, von der Zelle schubweise freigesetztes Enzym: die Katalase.

Zufall entscheidet über das Überleben

Die Beobachtungen ergaben Überraschendes: Es überlebten nicht etwa jene Individuen, die rechtzeitig aufgehört hatten sich zu teilen, sondern solche, die zu einem günstigen Zeitpunkt Katalase produzierten.

Bei ihnen erfolgte der Ausstoß des Enzyms nämlich in Momenten,  in denen die Aktivierung des Antibiotikums kaum möglich war. "Weil sie sich weiterhin teilen, können diese Bakterien dabei auch ihre Erbsubstanz verändern und so eine Resistenz entwickeln", erklärt Co-Autor Neeraj Dhar. Trotz der Anwesenheit des Antibiotikums.

Schicksalhafte Genaktivität

Die überlebenden Keime unterscheiden sich genetisch nicht zwangsläufig von den Mikroben, die abgetötet werden. Ihre für die Katalase-Absonderung zuständigen Gene sind jedoch zufällig auf andere Weise aktiv und ermöglichen so Überleben und Zellteilung.

Theorie auf dem Kopf

Das ist der entscheidende Punkt: Die bisherige Theorie der Resistenzbildung basierte auf der Vorstellung, dass jene Keime überleben, die sich in Anwesenheit eines Antibiotikums still verhalten und daher keinen Angriffspunkt liefern. Ist die Konkurrenz erst ausgeschaltet, können sie sich besonders erfolgreich vermehren und dann in Ruhe Resistenzen bilden, so die bisherige Annahme.

Der neue Ansatz zeigt jedoch, dass auch sich teilende Bakterien in Anwesenheit von Antibiotika überleben können. "Einigen von ihnen gelingt es, sich an einen Stressor anzupassen, auf den sie bisher nicht gestoßen sind", so McKinney. "Dieser Mechanismus könnte die bisherige Theorie von der Entstehung von Resistenzen revidieren." (cf)Quelle: J.D. McKinney: Dynamic Persistence of Antibiotic-Stressed Mycobacteria, SCIENCE VOL 339 4 JANUARY 2013

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