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Das Gesundheitsproblem, das bis 2050 bis zu 10 Millionen Menschen töten könnte, wenn die Welt nicht handelt – 17/05/2021 – Wissenschaft

Pasteur sagte, dass Glück nur vorbereitete Köpfe begünstigt (le hasard ne favorise que les esprits préparés).

Vielleicht war dies der Grund, warum Alexander Fleming, als er aus dem Urlaub zurückkehrte und feststellte, dass ein Pilz seine Staphylokultur kontaminiert hatte, sich nicht einfach anpasste.

Anstatt sie in den Müll zu werfen, bemerkte er, dass in der Nähe des Pilzes die Staphylokolonien gestorben waren.

Diese Beobachtung führte zur Entdeckung von Penicillin, das die Ära der Antibiotika einleitete.

Und ich kann sagen, dass diejenigen, die in dieser Zeit leben, in der Geschichte unserer Spezies privilegiert sind.

Antibiotika sind Substanzen mit der außergewöhnlichen Fähigkeit, Bakterien abzutöten, ohne den infizierten Patienten zu schädigen.

Sie sind wahrscheinlich neben Impfstoffen einer der wichtigsten wissenschaftlichen Fortschritte in der Medizin.

Bakterien können erneut die häufigste Todesursache für die Menschheit sein

Vor der Ära der Antibiotika waren bakterielle Infektionen die häufigste Todesursache auf dem Planeten.

Deshalb gehören Krankheiten wie Pest, Tuberkulose, Lepra oder Cholera zu unserer Geschichte.

Das schien ein Ende zu haben, als Antibiotika auf den Markt kamen.

Aber es war nicht so einfach. Der erste, der warnte, war Fleming selbst.

In seiner Rede zum Nobelpreisträger warnte er 1945, dass der Missbrauch dieser Moleküle resistente Bakterien selektieren könnte.

In den ersten Jahrzehnten der Antibiotika-Ära wurden jedoch eine Vielzahl neuer Moleküle gefunden, und die Behandlungen funktionierten problemlos.

Daher wurden Antibiotika sorglos und in großen Mengen eingesetzt.

Heute haben sich die Dinge sehr verändert. Wir haben seit Jahrzehnten keine neuen Antibiotika mehr gefunden, und multiresistente Bakterien (die mehreren verschiedenen Antibiotika-Familien widerstehen) sind unser tägliches Brot in Krankenhäusern.

Tatsächlich wurde 2014 geschätzt, dass die Antibiotikaresistenz jedes Jahr 700.000 Todesfälle verursacht, und diese Zahl würde bis 2050 auf 10 Millionen Todesfälle pro Jahr ansteigen.

Wenn wir die Resistenz nicht stoppen können, werden Bakterien wieder die Haupttodesursache für die Menschheit sein, und Louis Pasteurs Prophezeiung, dass Mikroben das letzte Wort haben werden, wird sich ebenfalls erfüllen (Messieurs, c’est les microbes qui auront le dernier mot).

Der Fehler, Bakterien zu unterschätzen

Wie können wir das Auftreten einer Multiresistenz und den Verlust der Wirksamkeit unserer Behandlungen nicht vorhersagen?

Grundsätzlich, weil wir die Fähigkeit von Bakterien, sich zu entwickeln, unterschätzen.

Weit entfernt von dem einfachen Mutations- und Selektionsmodell, von dem wir zu Beginn des 20. Jahrhunderts glaubten, dass es die Entstehung von Resistenzen regelt, verfügen Bakterien über mehrere viel leistungsfähigere Strategien zur Überwindung widriger Situationen.

Einer ist der horizontale Transfer von Genen, der dazu führt, dass Bakterien verschiedener Spezies DNA austauschen, die für sie nützlich sein kann.

Dies verbindet alle Bakterien, die einer Bedrohung ausgesetzt sind (z. B. in Krankenhäusern, wenn sie mit Antibiotika behandelt werden), mit Lösungen, die von anderen Mikroorganismen aus anderen Teilen der Welt stammen.

Die andere Strategie, die wir nicht vorhersagen konnten, ist die Existenz eines Evolutionsbeschleunigers in Bakterien namens Integron.

Integron ist eine genetische Plattform, mit der Bakterien Gene erfassen können, die neue Funktionen bereitstellen, und die als Erinnerungen dienen, in denen nützliche Funktionen für die Bakterien gespeichert sind.

Eines der Schlüsselelemente für das Integron ist, dass die Gene, die zu einem bestimmten Zeitpunkt nützlich waren, aber nicht mehr vorhanden sind, nur sehr wenig exprimiert werden. Mit anderen Worten, sie bedeuten einen geringen Energieverbrauch für die Bakterien.

Dies ist von grundlegender Bedeutung, da einer der Gründe, warum wir glaubten, dass Bakterien niemals multiresistent sein würden, darin besteht, dass wir dachten, dass Resistenz hohe Energiekosten bedeuten würde. Das Integron löst dies, indem es nur wenige Gene exprimiert, die ihn nicht interessieren.

Diese Situation ist jedoch nicht statisch: Wenn die Bakterien von Antibiotika angegriffen werden, wird das Integron aktiviert und ordnet seine Gene neu, um das Antibiotikaresistenzgen zu finden, das es jetzt abtötet.

Kurz gesagt, das Integron ist wie ein bakterielles Gedächtnis, mit dem Sie neue Funktionen erlernen, den Energieverbrauch reduzieren, wenn diese Funktionen nicht verwendet werden, und sich an sie erinnern können, wenn sie erneut benötigt werden.

Dies führte uns dazu, die Theorie zu postulieren, dass Integron Bakterien bei Bedarf eine Anpassung ermöglicht.

Integron in Aktion

In unserer letzten Arbeit konnten Forscher an der Universität Oxford in Großbritannien und an der Complutense-Universität in Madrid in Spanien das Integron in Aktion sehen und diese Theorie bestätigen.

Dazu haben wir zwei nahezu identische Integrone in das pathogene Bakterium Pseudomonas aeruginosa (ein Bakterium, das Infektionen der Atemwege verursacht) eingebaut.

Beide Integrone haben drei Resistenzgene in derselben Reihenfolge, so dass das letzte Gen keine Resistenz gegen Gentamicin verleiht, da es wenig exprimiert wird (aber wenn wir es an die erste Position des Integrons setzen, würde dieses Gen Resistenz liefern).

Der einzige Unterschied zwischen den beiden Integronen besteht darin, dass die Integrase bei einem von ihnen nicht funktioniert. Integrase ist genau das Protein, das für die Erfassung und Reorganisation der Integron-Gene verantwortlich ist.

Mit zwei identischen Bakterien, mit Ausnahme des Integrase-Gens – in einem funktioniert das Integron und in dem anderen nicht – ist es möglich, die Fähigkeit zu vergleichen, Resistenzen zu entwickeln, die von einem Integron bereitgestellt werden.

Zu diesem Zweck haben wir mehrere Populationen dieser beiden Bakterien im Labor gezwungen, in zunehmenden Konzentrationen dieses Antibiotikums zu wachsen.

Daher können wir ihre Anpassungsfähigkeit beurteilen, indem wir die Anzahl der Populationen messen, die überleben und aussterben, wenn die Konzentration des Antibiotikums zunimmt.

Zusätzlich sequenzieren wir die Genome von Populationen in geringen Konzentrationen von Antibiotika und in sehr hohen Konzentrationen.

Unsere Experimente zeigen deutlich, dass Integron, wenn es wirkt, mehr Populationen mit hohen Konzentrationen an Antibiotika überleben lässt als wenn es nicht funktioniert.

Die Sequenzierung zeigte, dass das Integron zu Beginn dieser evolutionären Rasse seine Resistenzgene zufällig reorganisiert und so sehr schnell genetische Variabilität erzeugt. Und die Auswahl von Antibiotika kann auf diese Variabilität einwirken.

Dies ist bei höheren Konzentrationen wichtig, bei denen wir nur Bakterien fanden, die das Gentamicin-Resistenzgen an die erste Position des Integrons brachten und es somit schafften, seine Resistenz zu erhöhen.

In Zukunft wird unsere Forschung dazu beitragen, Interventionen zu entwickeln, die den Widerstand verringern und uns helfen, diese stille Pandemie einzudämmen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf der akademischen Nachrichtenseite The Conversation veröffentlicht und hier unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht

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