Wissenschaftler haben möglicherweise eine neue Waffe im Kampf gegen antibiotikaresistente Superbugs entdeckt: Medikamente, die die bakterielle Evolution in ihren Spuren einfrieren.
Antibiotika-resistente Bakterien sind jene Mikroben, die selbst unter dem Ansturm von Megadrugs, die sie töten sollen, irgendwie überleben. Laut den Centers for Disease Control and Prevention (CDC) fangen jedes Jahr mindestens 2,8 Millionen Menschen in den USA eines dieser superstarken Bakterien oder resistenten Pilze.
Eine der Möglichkeiten, wie sich Bakterien entwickeln, um "antibiotikaresistent" zu werden, besteht darin, frei schwebendes genetisches Material aus ihrer Umgebung aufzunehmen. Sie integrieren dann die abgefangenen Gene in ihre eigene DNA. Auf diese Weise können Bakterien Gene sammeln, die von bereits resistenten Mikroben stammen, und so selbst Resistenz erlangen. Aber Bakterien sind ohne die richtige Ausrüstung nicht in der Lage, eigensinnige DNA-Stücke zu fangen. Die "Bugs" müssen zuerst in einen Zustand namens "Kompetenz" eintreten, um die Maschinen zu bauen, die erforderlich sind, um genetisches Material aus ihrer Umgebung zu schöpfen.
Bakterien werden kompetent, wenn sie unter Stress gesetzt werden, beispielsweise wenn sie Antibiotika-Behandlungen unterzogen werden. Studien legen nahe, dass mehrere gängige Klassen von Antibiotika tatsächlich die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen fördern, indem sie Bakterien in einen gestressten Zustand bringen. Aber jetzt eine neue Studie der Bakterien Streptococcus pneumoniae hat eine mögliche Lösung für dieses paradoxe Problem aufgezeigt: Medikamente, die verhindern, dass Bakterien überhaupt kompetent werden.
Für die Studie, die am Dienstag (3. März) in der Zeitschrift Cell Host & Microbe veröffentlicht wurde, haben Forscher diese Strategie in einem Mausmodell getestet und mehrere Stämme von erfolgreich blockiert S. pneumoniae von kompetent zu werden und Gene innerhalb der Mäuse auszutauschen. Die Bakterien, die typischerweise in der menschlichen Nase und im menschlichen Hals leben, können laut CDC schwerwiegende Infektionen auslösen, wenn sie in den Blutkreislauf, die Nebenhöhlen, Ohren, Lungen oder Gewebe wandern, die das Gehirn oder das Rückenmark bedecken.
Antibiotika sind die einzige verfügbare Behandlung für diese Infektionen, aber in mehr als 30% der Fälle ist die S. pneumoniae Stämme erweisen sich als resistent gegen ein oder mehrere Antibiotika. Wenn sich sogenannte "Anti-Evolutions" -Medikamente beim Menschen als sicher erweisen, könnten die Medikamente möglicherweise dazu beitragen, zu verhindern, dass mehr Stämme Resistenzen entwickeln, schlugen die Forscher vor.
Den Spread stoppen
Die Forscher untersuchten mehr als 1.300 Medikamente, um herauszufinden, welche die Kompetenz zum Erliegen bringen könnten. Die Ergebnisse wiesen auf 46 solcher Medikamente hin, darunter Antipsychotika, antimikrobielle Mittel und ein Malariamedikament. Obwohl vielfältig, verhindern alle Medikamente die Kompetenz bei niedrigen Dosen über denselben Mechanismus, stellten die Forscher fest.
"Der Kompetenzweg wird seit Jahrzehnten untersucht, und wir kennen alle Schlüsselkomponenten", so die Studienautoren Jan-Willem Veening, Professor am Institut für Grundlagenmikrobiologie der Schweizerischen Universität Lausanne, und Arnau Domenech, Postdoktorand bei Veening Labor, sagte Live Science in einer E-Mail.
Eine Schlüsselkomponente, die als Protonenmotivkraft (PMF) bekannt ist, ermöglicht es der Zelle, Energie zu produzieren, Nährstoffe zu importieren und Fracht in ihren Körper hinein und aus ihm heraus zu transportieren. Wenn Bakterien in diesen kompetenten Zustand gelangen, pumpen sie normalerweise ein Peptid namens CSP aus, das sich außerhalb der Zelle ansammelt und Kompetenz auslöst (die Fähigkeit, antibiotikaresistente Genabfälle zu erfassen), sobald es sich über einen bestimmten Schwellenwert hinaus aufgebaut hat.
Aber wenn sie Anti-Evolutions-Medikamenten ausgesetzt sind, S. pneumoniae kann einen normalen PMF nicht mehr aufrechterhalten, und der Transporter, der normalerweise CSP-Fehlfunktionen auspumpt. "Da der Kompetenzweg streng reguliert ist, wird die Expression der Schlüsselverbindungen blockiert und die Kompetenz gehemmt, wenn CSP nicht exportiert wird", so Domenech und Veening.
Die Autoren testeten die Wirkung ausgewählter Medikamente - ein antimikrobielles, antipsychotisches und malariales - auf die Kultur S. pneumoniae und stellten fest, dass sie alle die Kompetenz blockierten, indem sie diese PMF-Komponente störten. Sie fanden die gleichen Ergebnisse sowohl bei lebenden Mäusen als auch in menschlichen Zellen in Laborschalen.
"Das Schöne an der vorliegenden Arbeit ist, dass wir mehrere Verbindungen gefunden haben ... die den PMF leicht stören können, ohne das normale Wachstum der Zelle zu beeinträchtigen", fügten Domenech und Veening hinzu.
"Es stört das Wachstum der Bakterien, das die Selektion auf Resistenz antreibt", sagte Andrew Read, Professor für Krankheitsökologie und Biologie an der Pennsylvania State University, der nicht an der Studie beteiligt war. Wenn Medikamente die Kompetenz blockieren können, ohne die Zellen dazu zu bringen, Resistenzen zu entwickeln, "würden die Insekten empfindlich bleiben", sagte er.
Zukünftige Studien werden erforderlich sein, um festzustellen, ob "Anti-Evolutions" -Medikamente in Kombination mit Antibiotika realistisch eingesetzt werden können, um die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen zu verhindern ", stellten die Autoren in ihrem Artikel fest. "Unsere nächsten Schritte werden darin bestehen, zu testen, ob sie spezifisch für sind Streptococcus pneumoniae oder ob sie auch den Erwerb von Resistenz bei anderen humanpathogenen Erregern blockieren können ", sagten Domenech und Veening gegenüber Live Science. Read sagte, dass die Philosophie, die Evolution zu entgleisen, um Resistenzen zu verhindern, auf andere Bugs übertragen werden sollte, aber die genauen Wirkstoffziele könnten sich zwischen ihnen unterscheiden.
Bei der Entwicklung der Medikamente für den menschlichen Gebrauch müssen Wissenschaftler klug sein, wie sie klinische Studien entwerfen, fügte Read hinzu. "Es ist eher ein" Schutz der therapeutischen "Droge als ein Therapeutikum selbst", was bedeutet, dass das Ziel der Medikamente nicht darin besteht, Menschen zu behandeln, sondern Resistenzen zu verhindern, sagte er.
"Anstatt zu versuchen, Insekten abzutöten", wie es viele Gruppen mit neuen Antibiotika erreichen wollen, "versucht dies, die Eingabe genetischer Variationen zu stoppen, auf die die Selektion einwirken kann." Lesen sagte. "Für mich tolle erste Schritte - lass uns gehen."
