5.000 Jahre alte Bakterien trotzen 10 modernen Antibiotika

Jetzt haben rumänische Forscher die Antibiotikaresistenzprofile eines Bakterienstamms untersucht, der bis vor kurzem in einer 5.000 Jahre alten Eisschicht einer unterirdischen Eishöhle verborgen war - und fanden heraus, dass er eine Möglichkeit für die Entwicklung neuer Strategien zur Verhinderung der Zunahme von Antibiotikaresistenzen und zur Untersuchung der natürlichen Entwicklung und Verbreitung von Resistenzen darstellen könnte. Sie berichteten über ihre Entdeckung in Frontiers in Microbiology.

"Der Bakterienstamm Psychrobacter SC65A.3, der aus der Eishöhle von Scarisoara isoliert wurde, ist trotz seines uralten Ursprungs gegen mehrere moderne Antibiotika resistent und trägt über 100 Resistenzgene", so die Autorin Dr. Cristina Purcarea, leitende Wissenschaftlerin am Institut für Biologie Bukarest der Rumänischen Akademie. "Aber es kann auch das Wachstum mehrerer wichtiger antibiotikaresistenter 'Superbugs' hemmen und zeigt wichtige enzymatische Aktivitäten mit großem biotechnologischen Potenzial."

Uralte Resistenz gegen moderne Medikamente

Psychrobacter SC65A.3 ist ein Stamm der Gattung Psychrobacter, bei der es sich um Bakterien handelt, die an eine kalte Umgebung angepasst sind. Einige Arten können Infektionen bei Menschen oder Tieren verursachen. Psychrobacter-Bakterien haben biotechnologisches Potenzial, aber die Antibiotikaresistenzprofile dieser Bakterien sind weitgehend unbekannt. "Die Untersuchung von Mikroben wie Psychrobacter SC65A.3, die aus jahrtausendealten Höhleneisablagerungen gewonnen wurden, zeigt, wie sich Antibiotikaresistenzen auf natürliche Weise in der Umwelt entwickelt haben, lange bevor moderne Antibiotika verwendet wurden", so Purcarea.

Das Team bohrte einen 25 Meter langen Eiskern aus dem Bereich der Höhle, der als Großer Saal bekannt ist und eine Zeitspanne von 13.000 Jahren repräsentiert. Um Verunreinigungen zu vermeiden, wurden die aus dem Kern entnommenen Eisfragmente in sterilen Beuteln aufbewahrt und auf dem Rückweg ins Labor eingefroren. Dort isolierten die Forscher verschiedene Bakterienstämme und sequenzierten ihr Genom, um festzustellen, welche Gene dem Stamm das Überleben bei niedrigen Temperaturen ermöglichen und welche ihm antimikrobielle Resistenz und Aktivität verleihen.

Sie testeten die Resistenz des SC65A-Stammes gegen 28 Antibiotika aus zehn Klassen, die routinemäßig zur Behandlung bakterieller Infektionen eingesetzt werden oder dafür reserviert sind, darunter auch Antibiotika, bei denen zuvor festgestellt wurde, dass sie Resistenzgene oder Mutationen besitzen, die ihnen die Fähigkeit verleihen, der Wirkung von Medikamenten zu widerstehen. Auf diese Weise konnten sie testen, ob die vorhergesagten Mechanismen zu einer messbaren Resistenz führen. "Die 10 Antibiotika, gegen die wir Resistenzen gefunden haben, werden in der klinischen Praxis häufig in oralen und injizierbaren Therapien zur Behandlung einer Reihe von schweren bakteriellen Infektionen eingesetzt", so Purcarea. Krankheiten wie Tuberkulose, Kolitis und Harnwegsinfektionen können mit einigen der Antibiotika behandelt werden, gegen die die Forscher eine Resistenz festgestellt haben, darunter Rifampicin, Vancomycin und Ciprofloxacin.

SC65A.3 ist der erste Psychrobacter-Stamm, bei dem eine Resistenz gegen bestimmte Antibiotika - einschließlich Trimethoprim, Clindamycin und Metronidazol - festgestellt wurde. Diese Antibiotika werden zur Behandlung von Harnwegsinfektionen, Infektionen der Lunge, der Haut oder des Blutes sowie des Fortpflanzungssystems eingesetzt. Das Resistenzprofil von SC65A.3 deutet darauf hin, dass Stämme, die in kalten Umgebungen überleben können, als Reservoir für Resistenzgene fungieren könnten, bei denen es sich um spezifische DNA-Sequenzen handelt, die ihnen helfen, den Kontakt mit Medikamenten zu überleben.

Riskantes Potenzial

Bakterienstämme wie der hier untersuchte stellen sowohl eine Gefahr als auch ein Versprechen dar. "Wenn das schmelzende Eis diese Mikroben freisetzt, könnten sich diese Gene auf moderne Bakterien ausbreiten und das globale Problem der Antibiotikaresistenz verschärfen", so Purcarea. "Andererseits produzieren sie einzigartige Enzyme und antimikrobielle Verbindungen, die neue Antibiotika, industrielle Enzyme und andere biotechnologische Innovationen inspirieren könnten.

Im Genom von Psychrobacter SC65A.3 fanden die Forscher fast 600 Gene mit unbekannten Funktionen, was auf eine bisher ungenutzte Quelle für die Entdeckung neuer biologischer Mechanismen hindeutet. Die Analyse des Genoms ergab auch 11 Gene, die potenziell in der Lage sind, andere Bakterien, Pilze und Viren abzutöten oder deren Wachstum zu stoppen.

Ein solches Potenzial wird in einer Welt, in der Antibiotikaresistenzen ein wachsendes Problem darstellen, immer wichtiger. Der Rückgriff auf uralte Genome und die Aufdeckung ihres Potenzials verdeutlicht die wichtige Rolle, die die natürliche Umwelt bei der Verbreitung und Entwicklung von Antibiotikaresistenzen gespielt hat. "Diese uralten Bakterien sind für Wissenschaft und Medizin unverzichtbar", so Purcarea abschließend, "aber eine sorgfältige Handhabung und Sicherheitsmaßnahmen im Labor sind unerlässlich, um das Risiko einer unkontrollierten Ausbreitung zu verringern."