Erbguttransfer über Verwandtschaftsgrenzen

26. August 2013
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Infektionen durch Antibiotika-resistente Bakterien enden oft tödlich. Bei der Resistenzausbreitung spielt die Fähigkeit der Bakterien, Gene auszutauschen, eine große Rolle. Forscher zeigten, wie ein ‚Code‘ aus Zuckerstrukturen auf der Bakterienoberfläche den Austausch von Resistenz- und Virulenzgenen steuert.

Staphylococcus aureus ist einer der häufigsten Erreger von Haut– und Wundinfektionen. Diese führen oft zu systemischen, lebensbedrohlichen Blutvergiftungen. Ständig entstehen neue Erregerstämme mit neuen Kombinationen von Resistenz- und Virulenzgenen, die sich rasch weltweit ausbreiten und die Infektionsmedizin vor wachsende Herausforderungen stellen. Oft scheinen die neuen Gene aus anderen Bakterienarten zu stammen, mit denen S. aureus offenbar genetisches Material ausgetauscht hat. Die studienbeteiligten Tübinger Wissenschaftler haben herausgefunden, dass S. aureus unter bestimmten Bedingungen sehr leicht und effizient Gene mit anderen Bakterienarten austauschen kann. Die Arbeit des Forschungsteams um Volker Winstel, Guoqing Xia und Andreas Peschel entstand im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereichs SFB766, des Transregioverbunds TRR34 sowie des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung.

Ähnliche Oberflächenstrukturen ermöglichen Genaustausch

Entscheidend für den Genaustausch ist, dass der DNA-Donor und der Rezipient ähnlich aufgebaute Glycostrukturen, sogenannte Teichonsäuren, auf ihrer Oberfläche tragen. Teichonsäuren haben sehr variable Zusammensetzungen, die von Bakterien-spezifischen Viren, den Bakteriophagen, als Erkennungsstrukturen genutzt werden. Die Bakteriophagen können dadurch Erbsubstanz zwischen verschiedenen Bakterienstämmen transferieren, neue Erregerstämme entstehen. Die Tübinger Forschungsergebnisse zeigen, dass Bakteriophagen genetisches Material auch zwischen kaum verwandten Bakterienarten transferieren können, wenn diese ähnliche aufgebaute Teichonsäuren tragen. So konnten bestimmte S. aureus-Stämme DNA mit Listeria monocytogenes und Staphylococcus epidermidis austauschen, die ähnliche Teichonsäuren bilden, nicht aber mit Enterokokken, die andere Zuckerbausteine verwenden. Diese Erkenntnis ist überraschend, denn die Bakteriophagen können sich in diesen anderen Bakterienarten nicht vermehren. Die aktuelle Arbeit zeigt jedoch, dass sie sehr wohl DNA in andere Arten einbringen können und zwar in hoch effizienter Weise.

Mechanismen verstehen

Bei ihrer Forschung stießen die Wissenschaftler zudem auf besondere S. aureus-Stämme, die ihre Teichonsäuren so verändert hatten, dass sie mit anderen S. aureus keine DNA mehr austauschen können, wohl aber mit ganz anderen Bakterienarten. Diese neue S. aureus-Linie namens ST395 scheint sich also evolutionär abgekoppelt zu haben und auf dem Weg zu einer neuen Erregerspezies zu sein. Prof. Dr. rer. nat. Andreas Peschel vom Interfakultären Institut für Mikrobiologie und Infektionsmedizin der Universität Tübingen: “Die neuen Erkenntnisse helfen uns, zu verstehen, welche Mechanismen die Evolution neuer Erreger steuern. Sie helfen uns aber auch einzuschätzen, wie wahrscheinlich der genetische Austausch zwischen bestimmten Bakterienarten in der Zukunft sein und wie schnell sich ein bestimmtes neues Resistenzgen unter pathogenen Bakterien vermutlich ausbreiten wird.” Neue Antiinfektiva könnten zudem die Biosynthese von Teichonsäuren blockieren, so eines der Fernziele der Tübinger Wissenschaftler, und damit in der Prävention und Therapie bakterieller Infektionen große Bedeutung erlangen.

Originalpublikation:

Wall teichoic acid structure governs horizontal gene transfer between major bacterial pathogens
Volker Winstel et al.; Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms3345, 2013

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Forschung, Medizin

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1 Kommentar:

Dr. Gero Beckmann
Dr. Gero Beckmann

Das sind Neuigkeiten!

Ein Argument mehr, den Einsatz chemisch-synthetischer Antibiotika rational, d.h. nach Erregerisolierung und einem lege artis durchgeführten Antibiogramm durchzuführen (Ausnahme: Notfallsituationen). Dass unsere geliebten Mikroben ansonsten ein ganzes Sortiment von Ausweichstrategien bereithalten, die ihnen in summa voraussichtlich ein längeres Leben – durchaus auf Kosten von Makroorganismen wie der sogenannten Krone der Schöpfung – auf diesem Planeten bescheren, liegt auf der Hand.

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