Studie zeigt, wie "bakterieller Sex" zu Antibiotikaresistenz führt

In den USA infizieren sich jedes Jahr mindestens zwei Millionen Menschen mit arzneimittelresistenten Bakterien, rund 23.000 Menschen sterben daran. Aber jetzt haben Forscher den horizontalen Gentransfer untersucht - auch bekannt als bakterieller Sex - um zu enthüllen, warum es zur Verbreitung von Merkmalen einschließlich Antibiotikaresistenz führen kann.
Der horizontale Gentransfer, der auch als bakterieller Sex bekannt ist, kann laut Forschern zur Ausbreitung bestimmter Merkmale führen, einschließlich der Antibiotikaresistenz.

Die Forscher um Prof. Kevin Foster von der Universität Oxford in Großbritannien veröffentlichen ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Naturkommunikationen.

Er und sein Team erklären, dass, obwohl bekannt ist, dass der horizontale Gentransfer der Schlüssel zur mikrobiellen Evolution ist, warum er so stark ist, hat Wissenschaftler verwirrt.

"Es ist bekannt, dass Bakterien kleine DNA-Teile austauschen können", sagt Prof. Foster, "was für sie entscheidend ist, damit sie sich weiterentwickeln und an neue Umgebungen anpassen können, einschließlich der Reaktion auf Antibiotika."

Er fügt hinzu, dass es "anders als Sex beim Menschen ist, aber die Wirkung - das Austauschen genetischen Materials - ist ähnlich."

Dem Team zufolge ist jedoch bakterieller Sex sehr selten - nur eine Zelle unter Millionen tauscht DNA tatsächlich aus. In der Theorie wird jeder Stamm, der resistent ist, sich schnell teilen und "die Gemeinschaft übernehmen", wodurch die Möglichkeit, das Resistenzgen zu teilen, gestoppt wird.

"Aber es passiert weiter", sagt Prof. Foster, "und Gene sind oft in der Lage, durch verschiedene Gruppen von verschiedenen Bakterien zu hüpfen. Bis jetzt war das Geheimnis warum."

Migration ist die "fehlende Zutat"

Um weiter zu untersuchen, warum er und seine Kollegen - einschließlich René Niehus, ein DPhil-Student in der Abteilung für Zoologie an der Universität Oxford - erstellt ein mathematisches Modell, um die Bedingungen zu untersuchen, die bakteriellen Sex weiterhin stattfinden benötigt.

• Antibiotika wurden in den letzten 70 Jahren verwendet, aber infektiöse Organismen haben sich angepasst, wodurch die Medikamente weniger wirksam sind
• Jedes Jahr in den USA sind 2 Millionen Menschen mit Antibiotika-resistenten Bakterien infiziert
• Und mindestens 23.000 Menschen sterben an diesen Infektionen.

Erfahren Sie mehr über Antibiotikaresistenz

Niehus erklärt, dass sie die Frage beantworten wollten: "Wie funktioniert eine Funktion wie Antibiotikaresistenz zwischen Bakterien?"

Frühere Forschungen zu diesem Thema ignorierten die Tatsache, dass diese Gemeinschaften offen sind, sagt Niehus.

Ihr Modell zeigt jedoch, dass Migration die fehlende Zutat ist und dass "diese sehr hohe Einwanderungsrate unter Bakterien eine große Chance für verschiedene Mikroben bietet, DNA zu treffen und auszutauschen, obwohl dies ein isoliertes Ereignis ist."

Das Team stellt fest, dass eine solche Migration zwischen Bakteriengemeinschaften überall stattfinden kann, einschließlich des menschlichen Körpers oder des Bodens.

Zusätzlich kann diese Migration die Fähigkeit umfassen, in einem Umwelttoxin zu überleben, zusätzlich zur Entwicklung von Antibiotikaresistenz.

Ihr Modell half den Forschern zu beobachten, dass "die höchsten Raten des horizontalen Transfers für ökologisch wichtige Merkmale auftreten, die unter positiver natürlicher Selektion stehen."

Niehus erklärt kurz:

"Der entscheidende Punkt ist, dass ein bakterielles System mit kontinuierlicher Immigration von Stämmen es ermöglichen wird, dass sich Eigenschaften wie Antibiotikaresistenz viel leichter zwischen verschiedenen Bakterienarten ausbreiten. Unser Modell bietet einen theoretischen Rahmen für das Verständnis der Prozesse hinter dieser Ausbreitung."

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