Ihre Studie führten Rok Krašovec von der University of Manchester und seine Kollegen mit dem Darmkeim Escherichia coli durch. Dieses Bakterium gehört zur gesunden Darmflora und ist normalerweise harmlos. Es gibt aber Stämme, die schwere Durchfälle, neurologische Komplikationen und Organschäden verursachen können. In ihrem Experiment untersuchten die Forscher, welche Rolle die Populationsdichte der Bakterien für ihre Fähigkeit zur Resistenzentwicklung spielt. Dafür hielten sie E. coli Bakterien entweder mit hoher Dichte in Nährlösungen oder aber vereinzelt in einer stark verdünnten Lösung und versetzten diese mit dem Antibiotikum Rifampicin. Nach mehreren Generationen überprüften die Wissenschaftler, ob und wie viele Bakterien schützende Mutationen entwickelt und so das Antibiotikum überlebt hatten.
Wenig Artgenossen – mehr Mutationen
Das Ergebnis war überraschend: “Wir entdeckten, dass die Rate, mit der E. coli mutiert, davon abhängt, wie viele ‘Freunde’ es in der Nähe hat”, erklärt Koautor Christopher Knight von der University of Manchester. Je dichter die Bakterienkultur war, desto weniger schützende Mutationen entwickelten die Keime. In den Nährlösungen, in denen die Bakterien fast einzeln umherschwammen, entwickelten sich dagegen relativ schnell resistente Formen – und dies unabhängig von der Verfügbarkeit der Nährstoffe. “Einsame Bakterien scheinen demnach eher zu mutieren”, so Knight.
In weiteren Versuchen suchten die Forscher nach dem Grund für diesen “Einsamkeits-Effekt” – und wurden tatsächlich fündig: Offenbar wird die Mutationsrate durch die soziale Kommunikation der Bakterien beeinflusst. Bei diesem Quorum Sensing tauschen die Mikroben chemische Signale aus, die ihnen mitteilen, ob und wie viele Artgenossen in der nahen Umgebung präsent sind. “Wir konnten daher die Mutationsraten der Bakterien verändern, indem wir bestimmten, mit wem sie ein Reagenzglas teilten”, sagt Krašovec. Wie die Forscher berichten, kontrolliert dabei ein für diese Kommunikation wichtiges Gen, luxS, auch die Entwicklung der schützenden Mutationen. Dieses kommt bei vielen Bakterien vor, daher könnte auch dieser Effekt bei vielen Arten vorhanden sein.
Die Ergebnisse werfen auch ein neues Licht auf die Entstehung von Resistenzen bei mit Antibiotika behandelten Patienten: Offenbar sorgt gerade die Ausdünnung der Erreger durch das Antibiotikum erst dafür, dass die wenigen überlebenden Keime verstärkt Resistenzen ausbilden, so die Vermutung der Forscher. Dieser Zusammenhang zwischen Kommunikation, Populationsdichte und Resistenzentwicklung sei daher auch für künftige Therapien eine wichtige Erkenntnis. “Das könnte zu Wirkstoffen führen, die gezielt die Mutationsraten der Erreger senken – beispielsweise um die Entwicklung von Antibiotika-Resistenzen zu verhindern”, so Knight. Würde man diese Mittel den Antibiotika zusetzen, könnte diese wichtige Waffe der Medizin gegen bakterielle Infektionen schärfer bleiben als bisher.
