Antiobiotika Resistenz und Persistenz: Wie Bakterien Medikamente austricksen

Sich schlafend oder tot zu stellen, wenn Gefahr droht, ist eigentlich kein völlig innovativer Ansatz. Wir kennen das von einigen Tierarten – etwa dem Opossum oder der Listspinne – oder manchen Kollegen. Neue Studien belegen aber jetzt, dass auch bestimmte Bakterien auf eine solche Taktik zurückgreifen. Zum Beispiel wenn sie von Antibiotika angegriffen werden. Sie überstehen die Attacke dadurch unbeschadet und können danach fröhlich weiter machen.

Schlafende Bakterien
Eingefärbte Staphylokokken, abgebildet durch ein Rasterelektronenmikroskop. Die Bakterien besiedeln die Haut und sind meist harmlos, sie können aber auch schwerwiegende Infektionen auslösen. Bildrechte: istock/Dr Microbe

Wenn ein Antibiotikum nicht anschlägt weil die Bakterien sich daran angepasst haben, also resistent geworden sind, dann stehen Ärzte und Patienten meist vor einem großen Problem. Doch neben der Anpassung haben Bakterien noch mehr Überlebensstrategien auf Lager, wie Schweizer Forscher jetzt zeigen. Sie gehen in den Stand-by-Modus, stellen sich schlafend und widersetzen sich damit der Behandlung. Persistente Bakterien nennen das die Forscher und die These wird schon länger diskutiert.

Bakterien sollen im Körper gestresst werden

Das Team um Annelies Zinkernagel, Professorin für Infektiologie an der Universität und dem Universitätsspital Zürich hat aber nun handfeste Beweise dafür geliefert. Dazu haben die Forscher ein bestimmtes Bakterium genutzt, das oft schwer zu behandeln ist: Staphylococcus aureus. Die Staphylokokken leben auf der Haut und sind eigentlich harmlos. Sie können aber auch schwerwiegende Infektionen auslösen. Die Forscher haben Proben von erkrankten Menschen genommen und keine im Labor gezüchteten Staphylokokken. Und in diesen Proben waren sowohl aktive, als auch bereits schlafende Bakterien. Die haben sie dann verschiedenen Stresstests ausgesetzt.

Annelies Zinkernagel
Annelies Zinkernagel Bildrechte: UZH/ Nicolas Zonvi

Wir haben versucht, die Situation im Körper nachzubilden. Darum haben wir die Bakterien gestresst und sie Elementen ausgesetzt, wie sie im Körper sind. Einerseits mit Neutrophilen, also den Fresszellen, die versuchen, die Bakterien aufzufressen. Andererseits haben wir Antibiotika gebraucht, um die Bakterien zu stressen. Das soll die Situation im menschlichen Körper imitieren.

Annelies Zinkernagel, Studienleiterin

Antibiotika brauchen aktive Bakterien

Das Ergebnis: Je größer der Stress, desto mehr Bakterien verfielen in den Dämmerzustand, stellten sich schlafend. Was aber genau bedeutet das? Wie funktioniert dieser Mechanismus?

Die gehen eben quasi in den Halbschlaf, um diesen Stress besser tolerieren zu können. Und wenn die Bakterien so halb schlafen, dann können die Antibiotika nicht greifen, denn die brauchen ein aktives Bakterium. Die Zellwand-aktiven Antibiotika brauchen ein Bakterium, das sich teilt, sonst kann das Antibiotikum nicht wirken.

Annelies Zinkernagel

Bakterien stellen sich einfach tot

Die Bakterien stellen sich tot und bleiben unentdeckt – eine ziemlich simple, aber effektive Tarnung. Auch wenn der Weg dahin kompliziert ist, denn die Bakterien müssen sich molekular völlig neu programmieren. Ist die Gefahr dann vorüber, können die Bakterien all diese Veränderungen einfach wieder rückgängig machen. Dann haben sie auch ihre volle Infektionskraft zurück. Ziemlich gut für die Bakterien, ziemlich schlecht für den Patienten.

Diese zwei Überlebensmechanismen der Bakterien – Resistenz und Persistenz (Unempfindlichkeit und Dämmerzustand) - sind eng miteinander verknüpft. Denn Resistenzen entstehen vor allem durch lange Antibiotika-Gaben. Das gibt den Bakterien genügend Zeit, sich anzupassen. Wenn eine Infektion also immer wieder kommt, erhöht das natürlich auch das Risiko für Anpassungen. Jetzt muss es den Forschern also gelingen, die Bakterien wach zu rütteln oder sie auch im Schlaf zu erwischen. Dann wäre eines der Probleme für Antibiotika-Resistenzen gelöst.

Link zur Studie

Die Studie "Molecular reprogramming and phenotype switching in Staphylococcus aureus lead to high antibiotic persistence and affect therapy success" ist im Fachmagazin PNAS erschienen.

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