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Antibiotika haben gegen Persister, besonders widerstandsfähige Bakterien, keine Chance. Das stimmt so nicht, womit eine aktuelle Studie der Universität Basel nun neue Wege in der Antibiotikaentwicklung eröffnet.
Antibiotika sind auch dann manchmal unwirksam, wenn die Bakterien keine Resistenz entwickelt haben. Von besonders widerstandsfähigen Bakterien ist dann die Rede. Das stellt eine aktuelle, in Nature erschienene Studie der Universität Basel nun allerdings in Frage.
Viele Jahre lang glaubten Forscher, dass eine kleine Untergruppe ruhender Bakterien das Hauptproblem bei der Bekämpfung von Infektionen darstellt. Diese so genannten Persisters, Salmonellen sind ein Beispiel, können eine Antibiotikabehandlung überleben und später Rückfälle verursachen. Weltweit haben Forscher an neuen Therapien gearbeitet, die auf diese „schlafenden“ Bakterien abzielen.
Das Team um Prof. Dirk Bumann vom Biozentrum der Universität Basel sagt nun, dass diese Persister nicht die Ursache für die Unwirksamkeit von Antibiotika sind. „Entgegen der weit verbreiteten Meinung wird das Versagen von Antibiotika nicht durch eine kleine Untergruppe von Persistern verursacht. Vielmehr ist die Mehrheit der Salmonellen in infiziertem Gewebe schwer abzutöten“, erklärt Bumann. „Wir konnten nachweisen, dass Standard-Labortests zur antimikrobiellen Clearance irreführende Ergebnisse liefern und den falschen Eindruck erwecken, dass es sich um eine kleine Gruppe besonders widerstandsfähiger Persister handelt.“
Nährstoffmangel macht widerstandsfähig
Die Forscher untersuchten die antimikrobielle Clearance sowohl bei mit Salmonellen infizierten Mäusen als auch bei gewebeähnlichen Labormodellen. Ein Abwehrmechanismus des Körpers gegen Bakterien ist beispielsweise, die verfügbaren Nährstoffe zu reduzieren. Bumann und sein Team konnten zeigen, dass dieser Nährstoffmangel der Hauptgrund dafür ist, dass Salmonella-Bakterien die Behandlung mit Antibiotika überleben.
Die Forscher vermuten, dass dies auch für andere bakterielle Krankheitserreger gilt. „Unter nährstoffarmen Bedingungen wachsen die Bakterien sehr langsam“, sagt Bumann. „Das mag auf den ersten Blick gut erscheinen, ist aber in Wirklichkeit ein Problem, weil die meisten Antibiotika langsam wachsende Bakterien auch nur langsam abtöten.“ Das hat zur Folge, dass die Medikamente viel weniger wirksam sind und es auch nach längerer Therapie zu Rückfällen kommen kann.
Echtzeit-Analysen decken Irrglauben auf
Die Wissenschaftler nutzten eine innovative Methode, um die Antibiotikawirkung in einzelnen Bakterien in Echtzeit zu überwachen. „Wir konnten nachweisen, dass fast die gesamte Salmonellenpopulation eine Antibiotikabehandlung über einen längeren Zeitraum überlebt, und nicht nur eine kleine Untergruppe von hyperresistenten Persistern“, sagt Dr. Joseph Fanous, Erstautor der Studie.
Ein Hauptproblem der seit Jahrzehnten weltweit angewandten Standardmethoden ist die indirekte und verzögerte Messung des bakteriellen Überlebens, was zu verzerrten Ergebnissen führt. „Traditionelle Tests unterschätzen die Zahl der überlebenden Bakterien“, erklärt Fanous. „Und sie suggerieren fälschlicherweise das Vorhandensein von hyperresistenten Untergruppen von Persistern, die in Wirklichkeit gar nicht existieren. Diese Fehlinterpretation habe die Forschung über viele Jahre hinweg beeinflusst.
Neue Werkzeuge für die Antibiotikaforschung
Diese nun gewonnenen Erkenntnisse könnten die Antibiotika-Forschung grundlegend verändern, ist Bumann überzeugt: „Unsere Arbeit unterstreicht, wie wichtig es ist, das Verhalten von Bakterien und die Wirkung von Antibiotika live und unter physiologisch relevanten Bedingungen zu untersuchen. Schon in ein paar Jahren könnten moderne Methoden wie die Einzelzellanalyse in Echtzeit hoffentlich zum Standard werden.“
Das Projekt ist Teil des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NCCR) „AntiResist“. Das Forschungskonsortium hat zum Ziel, innovative Strategien zur Bekämpfung von bakteriellen Infektionen zu entwickeln. Dirk Bumann ist einer der Direktoren des NCCR „AntiResist“.
