Lungenbakterien vor Reserveantibiotika geschützt

by | May 27, 2024

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Eine Studie des Deutschen Zentrums für Lungenforschung zeigt: Klebsielle pnemoniae verfügen über einen angeborenen Mechanismus, der sie vor Polymyxin schützt.

 

Wenn herkömmliche Antibiotika versagen, wird das Reserveantibiotika Polymyxin als letzten Mittel bei bakteriellen Infektionen eingesetzt. Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Lungenforschung (DZL) an der Philipps-Universität Marburg zeigen jetzt allerdings, dass bestimmte Bakterien über einen angeborenen Schutzmechanismus verfügen und Polymyxin damit seine Wirkung verliert.

Konkret haben sich die Forscher das Bakterium Klebsielle pneumoniae angeschaut, ein Erreger, der schwere Lungenentzündungen verursachen und gerade für Patienten mit geschwächtem Immunsystem gefährlich werden kann. Und das Bakterium erweist sich zunehmend als resistent gegen herkömmliche Antibiotika, weshalb es von der WHO bereits als besonders bedrohlich eingestuft wurde.

Bakterium setzt Vesikel frei

Die DZL-Studie konnte zeigen, dass Klebsielle pneumoniae bei der Gabe von Polymyxin vermehrt Vesikel freisetzt, die das Antibiotikum abfangen und es daran hindern, die bakterielle Zellmembran anzugreifen und schädliche Löcher in die Membran der Bakterien zu bohren. Besonders bemerkenswert: Die Vesikel schützen nicht nur die produzierenden Bakterien, sondern auch benachbarte sensitive Mikroben, die diesen Schutzmechanismus nicht aktiviert haben. Das können auch Bakterien aus einer anderen Familie sein, zum Beispiel Pseudomonas aeruginosa.

Wird die Standard-Dosis von Polymyxin verabreicht, aktivieren die Bakterien ihren Schutzmechanismus. Eine höhere Dosierung ist nicht möglich, dass sonst die Nieren geschädigt werden, berichten die DZL-Forscher. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es problematisch sein kann, im Notfall auf Polymyxin zurückzugreifen“, warnt Dr. Anna Lena Jung vom Institut für Lungenforschung der Philipps-Universität Marburg. „Die Bakterien können durch diesen Mechanismus auch bei eigentlich empfindlichen Erregern das Antibiotikum unwirksam machen. Dies verkompliziert die Behandlungsmöglichkeiten erheblich.“

Lipid A in der Umgebung

Massenspektrometrische Untersuchungen zeigten, dass die Bakterien unter Antibiotika-Stress aktiv die Zusammensetzung der Hülle der Vesikel verändern, sodass weniger Lipid A vorhanden ist. Das erscheint paradox, denn Lipid A ist der wichtigste Angriffspunkt für Polymyxin auf der Bakterienoberfläche. Die Bakterien geben jedoch gleichzeitig so viel mehr Vesikel ab, dass sich viel Lipid A und damit viele Bindungsstellen für das Polymyxin in der Umgebung befinden. Das Antibiotikum wird abgefangen und die Dosis an freiem Wirkstoff damit so weit erniedrigt, dass die Bakterien überleben und sich weiter vermehren können.

Dieser Abfangmechanismus trete allerdings nur bei Klebsiellen auf, die vor der Therapie als Polymyxin-sensitiv getestet wurden. Es gebe jedoch auch Bakterien, die bereits durch eine genetische Veränderung resistent gegenüber diesem Antibiotikum seien. Bei ihnen ist das Gen für das Lipid A so verändert, dass Polymyxin nicht mehr daran binden und damit keine Löcher in die Bakterienoberfläche bohren kann. Sie nehmen daher bei der Behandlung mit Polymyxin keinen Stress wahr und erhöhen nicht die Menge an freigesetzten Vesikeln.

„Für zukünftige Behandlungsoptionen wollen wir noch besser verstehen, was Bakterien als Stress registrieren, um antimikrobielle Peptide zu entwickeln, die keine stressinduzierten Schutzmechanismen auslösen”, sagt Jung. Das seien Forschungsarbeiten, die angesichts zunehmender Antibiotikaresistenzen dringend benötigt werden.

Die Arbeit entstand im Rahmen des vom Land Hessen finanzierten LOEWE-Schwerpunkts „Diffusible Signals“ am Institut für Lungenforschung in Zusammenarbeit mit drei DZL-Forschern Prof. Mareike Lehmann, Prof. Dany Jonigk und Prof. Bernd Schmeck. Zusätzlich erfolgte eine Kooperation mit Forscherinnen und Forschern von SYNMIKRO und dem Max-Planck-Institut für Terrestrische Mikrobiologie in Marburg.

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