Sind schon uralte Bakterien resistent gegen moderne Antibiotika?
Bakterien sind wahre Anpassungskünstler. Sie können in uns oder auf uns leben, aber auch in unwirtlichen Bedingungen gedeihen. Dazu zählen z.B. Wüsten oder auch Eishöhlen. Vielfach wurden diese Mikroorganismen noch gar nicht umfassend erforscht. Forscherinnen und Forscher in Rumänien haben nun die Antibiotikaresistenz eines Bakterienstamms untersucht, der bis vor Kurzem in einer 5.000 Jahre alten Eisschicht einer unterirdischen Eishöhle verborgen war. Der aus der Eishöhle von Scarisoara isolierte Bakterienstamm Psychrobacter SC65A.3 zeige trotz seines hohen Alters Resistenzen gegen gleich mehrere moderne Antibiotika und trage über 100 Resistenzgene, so die Autorin Dr. Cristina Purcarea, Wissenschaftlerin am Institut für Biologie der Rumänischen Akademie der Wissenschaften in Bukarest. Darüber hinaus könne er aber auch das Wachstum einiger wichtiger antibiotikaresistenter ‚Superkeime‘ hemmen und weise bedeutende enzymatische Aktivitäten mit großem biotechnologischem Potenzial auf.
Antibiotikaresistenzprofile bisher weitgehend unerforscht
Psychrobacter SC65A.3 gehört zur Gattung Psychrobacter, einer Gruppe von Bakterien, die an kalte Umgebungen angepasst sind. Es handelt sich um aerobe, gramnegative Bakterien der Familie Moraxellaceae. Einige Arten können Infektionen bei Menschen und Tieren verursachen. Psychrobacter-Bakterien besitzen biotechnologisches Potenzial, doch ihre Antibiotikaresistenzprofile sind weitgehend unerforscht. Die Untersuchung von Mikroben wie Psychrobacter SC65A.3, die aus jahrtausendealten Höhleneisablagerungen gewonnen wurden, zeige, wie sich Antibiotikaresistenz in der Umwelt auf natürliche Weise entwickelte, lange bevor moderne Antibiotika überhaupt eingesetzt worden seien, so Purcarea.
Bakterienstämme isoliert und sequenziert
Das Team entnahm dem als Große Halle bekannten Bereich der Höhle einen 25 Meter langen Eiskern, der einen Zeitraum von 13.000 Jahren repräsentiert. Um Verunreinigungen zu vermeiden, wurden die aus dem Kern entnommenen Eisfragmente in sterile Beutel verpackt und auf dem Transport ins Labor tiefgefroren. Dort isolierte das Forschungsteam verschiedene Bakterienstämme und sequenzierte deren Genom. Das Ziel war, zu bestimmen, welche Gene dem Stamm das Überleben bei niedrigen Temperaturen ermöglichen und welche für antimikrobielle Resistenz und Aktivität verantwortlich sind. Es wurde die Resistenz des Stammes SC65A gegenüber 28 Antibiotika aus zehn Klassen, die routinemäßig zur Behandlung bakterieller Infektionen eingesetzt oder dafür reserviert werden, getestet. Darunter befanden sich auch Antibiotika, bei denen bereits Resistenzgene oder -mutationen identifiziert wurden. So konnte überprüft werden, ob vorhergesagte Mechanismen zu messbaren Resistenzen führen. Die zehn Antibiotika, gegen die Resistenzen festgestellt wurden, werden häufig in oralen und injizierbaren Therapien zur Behandlung einer Reihe schwerer bakterieller Infektionen in der klinischen Praxis eingesetzt, darunter waren z.B. Rifampicin, Vancomycin und Ciprofloxacin.
Die zwei Seiten einer Medaille
SC65A.3 sei der erste Psychrobacter-Stamm, bei dem Resistenzen gegen bestimmte Antibiotika – darunter Trimethoprim, Clindamycin und Metronidazol – festgestellt worden seien. Diese Antibiotika werden zur Behandlung von Harnwegsinfektionen, Infektionen der Lunge, der Haut oder des Blutes sowie des Fortpflanzungssystems eingesetzt. Das Resistenzprofil von SC65A.3 deute darauf hin, dass Stämme, die in kalten Umgebungen überleben können, als Reservoir für Resistenzgene dienen könnten. Diese spezifischen DNA-Sequenzen könnten ihnen helfen, die Einwirkung von Medikamenten zu überstehen, vermutet das Forschungsteam. Somit bergen Bakterienstämme wie der untersuchte sowohl eine Bedrohung als auch eine Chance. Wenn schmelzendes Eis diese Mikroben freisetzt, könnten sich diese Gene auf moderne Bakterien ausbreiten und die globale Herausforderung der Antibiotikaresistenz verschärfen, befürchtet Purcarea. Allerdings könnten sie auch einzigartige Enzyme und antimikrobielle Verbindungen produzieren, die die Entwicklung neuer Antibiotika, industrieller Enzyme und anderer biotechnologischer Innovationen anregen könnten.
Fast 600 Gene mit unbekannter Funktion
Im Genom von Psychrobacter SC65A.3 fand das Team fast 600 Gene mit unbekannten Funktionen. Dies deute auf eine bisher unerschlossene Quelle für die Entdeckung neuartiger biologischer Mechanismen hin. Die Genomanalyse habe zudem elf Gene, die potenziell andere Bakterien, Pilze und Viren abtöten oder deren Wachstum hemmen könnten, gezeigt. Dieses Potenzial gewinne in einer Welt, in der Antibiotikaresistenzen zunehmend Besorgnis erregen, immer mehr an Bedeutung. Die Erforschung alter Genome und ihres Potenzials unterstreiche die wichtige Rolle, die die natürliche Umwelt bei der Verbreitung und Entwicklung von Antibiotikaresistenzen spiele. Diese uralten Bakterien seien für Wissenschaft und Medizin unerlässlich, doch sorgfältige Handhabung und Sicherheitsvorkehrungen im Labor seien unerlässlich, um das Risiko einer unkontrollierten Ausbreitung zu minimieren, betont das Team.
Quelle: Frontiers
Artikel teilen
