Bakterien testen ihre «Fitness» an Medikamenten

Die Lungenentzündung ist die weltweit häufigste zum Tod führende Infektionskrankheit. Sie wird in der Regel mit Penicillin oder Breitbandantibiotika behandelt.Der wichtigste bakterielle Erreger, Streptococcus pneumoniae, hat gegen Penicillin bereits seit Jahrzehnten eine Resistenz entwickelt und diese erfolgreich über die ganze Welt verbreitet. Wie eine solche Resistenz genau entsteht, ist erst bruchstückhaft bekannt.

Eine wichtige Rolle könnte laut Kathrin Mühlemann, Professorin am Institut für Infektionskrankheiten der Universität Bern, die sogenannte Heteroresistenz spielen. Bei einem heteroresistenten Bakterienstamm sind über 90 Prozent der Bakterien zwar empfindlich gegen ein Medikament wie Penicillin, doch ein geringer Teil der Bakterien bildet eine resistente «Subpopulation». Dies macht solche Stämme gefährlich, weil sie fälschlicherweise leicht als Penicillin-sensibel eingestuft werden, die «Subpopulationen» aber überleben und zu einem späteren Zeitpunkt erneut eine Infektion auslösen können.

Einblicke in die Evolution von Bakterien

Für die Studie haben Mühlemann und Morand Streptokokken-Stämme mit unterschiedlichen Resistenzen aus 16 Ländern – von der Schweiz bis nach Taiwan – untersucht. In sieben dieser Stämme wurden die gefährlichen «Subpopulationen» entdeckt. Diese waren genetisch identisch mit dem Rest der Bakterienpopulation, das heisst sie hatten keine zusätzlichen mutierten Gene aufgenommen.

Die Resultate ermöglichen Einblicke in die Evolution von Resistenzen: «Die Heteroresistenz erlaubt sozusagen eine Testphase – damit kann der Mikroorganismus trotz Antibiotika mit Wachstum experimentieren» erklärt Mühlemann. Die Forscherinnen vermuten, dass das Experimentieren für Bakterien von Vorteil sei, weil sie so nicht gezwungen wären, ein neues Gen aufzunehmen. Eine solche Gen-Mutation würde die Bakterien zuerst schwächen, da das neue Gen erst in ihren Stoffwechsel aufgenommen werden müsste.

Im Gegensatz dazu ermögliche die Heteroresistenz den Bakterien ein Ausloten ohne Nachteil für ihre «Fitness»: «Es ist, als ob man einen Anzug zum Anprobieren nach Hause nehmen könnte, ohne dafür schon bezahlen zu müssen», beschreibt Mühlemann den Vorgang. Ein besseres Verständnis dieser Prozesse könnte der Bekämpfung von Resistenzen bei Krankheitserregern dienen.

Quellenangabe: Brigitte Morand and Kathrin Mühlemann, Heteroresistance to penicillin in Strepto-coccus pneumoniae, Proceedings of the National Academy of Sciences, Early Edition, doi/10.1073/pnas.0702377104