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Warum Antibiotika im Kampf gegen Bakterien versagen

Bakterien, die gegen die Wirkung von Antibiotika immun sind, sind für medizinische Forschungsgemeinschaften auf der ganzen Welt zu einem Hauptanliegen geworden. Eine neue Studie untersucht, was diese "Superbugs" gegenüber einigen der wirkungsvollsten Medikamente widerstandsfähiger macht.


Was ist der Mechanismus, durch den antibiotikaresistente Bakterien die Wirkung dieser wirksamen Medikamente abweisen können?

Erst vor kurzem Medizinische Nachrichten heuteWir präsentierten eine Studie, die die ständig wachsende Krise der Superbugs hervorhebt, die sich in einem unerwartet hohen Tempo auf der ganzen Welt ausbreiten.

Die Autoren dieser Studie geben die düstere Warnung heraus, dass Antibiotika, wenn sich Bakterien weiterhin so effektiv und mit einer solchen Geschwindigkeit "rüsten", bald völlig unwirksam werden können.

Deshalb ist es äußerst wichtig zu verstehen, wie diese Mikroorganismen genau die Medikamente abwehren können, die zuvor gegen sie wirken konnten. Dieses Wissen wird der erste Schritt sein, um stärkere Behandlungsmethoden gegen hartnäckige bakterielle Infektionen zu entwickeln.

In einer neuen Studie hat nun ein Team von Physikern der McMaster University in Hamilton, Kanada, festgelegt, was es Bakterien ermöglicht, Antibiotika abzuwehren, sobald sie resistent sind.

Obwohl der Mechanismus einfach ist, ist dies das erste Mal, dass Forscher dies durch hochempfindliche Technologie untersucht haben und in der Lage waren, ihn zu lokalisieren.

Der Studienautor Prof. Maikel Rheinstädter und seine Kollegen berichten in einer Studienarbeit der Zeitschrift Nature Communications Biology hat heute veröffentlicht. Die Forscher glauben, dass ihre Entdeckung den Wissenschaftlern helfen könnte, wirksamere Medikamente zur Behandlung von Infektionen zu entwickeln.

"Es gibt viele, viele Bakterien und so viele Antibiotika. Indem wir ein Grundmodell vorschlagen, das für viele von ihnen gilt, können wir viel besser verstehen, wie man Resistenzen besser bekämpfen und vorhersagen kann", sagt Prof. Rheinstädter.

Ein Bedürfnis, Mikromechanismen zu verstehen

Um zu verstehen, wie hartnäckige Bakterien wirksame Antibiotika in Schach halten können, untersuchten die Forscher detailliert den Mechanismus, durch den eines dieser Medikamente in die Bakterienmembran eindringen und seine Arbeit erledigen kann.

Für diese Studie wandten sich die Forscher an Polymyxin B, ein Antibiotikum, das Ärzte zur Behandlung von Meningitis und Harnwegsinfektionen, Augen und Blut verwenden.

Die Forscher erklären, dass sie sich für dieses spezifische Medikament entschieden haben, weil es das einzige Antibiotikum war, das gegen Bakterien wirkt, die ansonsten resistent gegen Medikamente sind. Vor einigen Jahren stellte ein Team von Spezialisten aus China fest, dass ein Bakteriengen diese Mikroorganismen gegen Polymyxine immunisieren könnte.

"Wir wollten herausfinden, wie dieses Bakterium gerade dieses Medikament in diesem speziellen Fall abgesetzt hat", sagt der Erstautor Adree Khondker und fügt hinzu: "Wenn wir das verstehen, können wir bessere Antibiotika entwickeln."

Die Forscher verwendeten spezielle, empfindliche Werkzeuge, mit denen die Bakterienmembran analysiert werden konnte. Diese Werkzeuge lieferten extrem hochauflösende Bilder, mit denen sogar einzelne Moleküle mit Abmessungen von einem Millionstel der Breite einer einzelnen Haarsträhne aufgenommen wurden.

"Wenn Sie die Bakterienzelle nehmen und dieses Medikament hinzufügen, werden sich Löcher in der Wand bilden, die wie ein Locher wirken und die Zelle töten", stellt Khondker fest. "Aber es gab viele Diskussionen darüber, wie diese Löcher überhaupt entstanden sind."

Was passiert mit resistenten Bakterien?

Der Mechanismus, durch den das Antibiotikum die Bakterienmembran durchdringt, funktioniert folgendermaßen: Das Bakterium, das eine negative Ladung aufweist, "zieht" automatisch das Medikament ein, das eine positive Ladung hat.

Wenn dies geschieht, wirkt die Bakterienmembran jedoch als Barriere gegen das Antibiotikum, um zu verhindern, dass es in das Innere des Bakteriums gelangt. Unter normalen Umständen ist dies unwirksam, da die Membran so dünn ist, dass das Antibiotikum Löcher darin stanzen kann.

Bei einem arzneimittelresistenten Bakterium zeigte die neueste Technologie der Forscher jedoch, dass die Membran steifer wird und viel schwieriger durchdringt. Darüber hinaus wird die negative Ladung des Bakteriums schwächer, was bedeutet, dass es für das Antibiotikum schwieriger ist, es zu lokalisieren und daran zu "haften".

Khondker beschreibt es so: "Für die Droge ist es, als würde man vom Schneiden von Jello zum Schneiden durch Gestein gehen."

Dies ist das erste Mal, dass ein Forschungsteam diese Änderungen mit Sicherheit feststellen kann, betonen die Ermittler.

"Über diesen Mechanismus wurde viel spekuliert. Zum ersten Mal können wir jedoch beweisen, dass die Membran steifer ist und der Prozess verlangsamt."

Prof. Maikel Rheinstädter

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