Immer mehr krankmachende Keime entwickeln Abwehrmechanismen gegen gängige Antibiotika – und geben sie dann per Genaustausch an andere Erreger weiter. Einer der gefährlichsten multiresistenten Keime ist Staphylococcus aureus. Bei ihm haben US-Forscher jetzt herausgefunden, wie der Erreger den fatalen Genaustausch initiiert – und wie sich dies verhindern lässt.
Allein in Europa infizieren sich jährlich mehrere hunderttausend Menschen mit einem resistenten Erreger, einige zehntausend sterben daran. Denn diese krankmachenden Bakterien sind gegen eines oder sogar mehrere der gängigen Antibiotika immun – die einst wirksamste Waffe der Medizin ist gegen sie machtlos. Einer der verbreitetsten multiresistenten Erreger ist das Bakterium Staphylococcus aureus (MRSA). Anfangs nur gegen Penicillin und Substanzen der gleichen Wirkstoffklasse immun, verbreiten sich seit einigen Jahren in Krankenhäusern weltweit auch MRSA-Stämme, die zusätzlich gegen das Reserveantibiotikum Vancomycin resistent sind.
“Vancomycin war Jahrzehnte lang das Mittel der letzten Wahl gegen hartnäckige MRSA-Infektionen”, erklären Jonathan Edwards von der University of North Carolina in Chapel Hill und seine Kollegen. Doch durch einen Genaustausch mit Vancomycin-resistenten Enterokokken erwarben diese Erreger nun auch Immunität gegen dieses Antibiotikum. Als Folge können Patienten, die mit diesem MRSA-Stamm infiziert sind, kaum mehr wirksam behandelt werden.
Enzym initiiert Gentransfer
Edwards und seine Kollegen haben nun genauer untersucht, welcher Mechanismus die MRSA-Keime dazu befähigt, sich mit einem anderen Bakterium zusammenzulagern und DNA auszutauschen. Denn die genaue Kenntnis dieses Prozesses könnte, so ihre Hoffnung, Ansatzpunkte liefern, um genau diesen Mechanismus des Resistenzerwerbs zu blockieren und so zu verhindern, dass sich die Resistenzen noch weiter ausbreiten als ohnehin schon.
Für ihre Studie nahmen sie dafür ein spezielles Enzym genauer unter die Lupe, das sogenannte Nicking-Enzym. “Dieses Enzym initiiert und terminiert den Transfer von Plasmiden, wenn sich zwei Bakterien zusammenlagern”, erklären sie. Plasmide sind kleine DNA-Ringe, die bei Bakterien lose im Zellinneren liegen und daher leicht von einer Zelle zur anderen ausgetauscht werden können. Auf ihnen liegen häufig die Gene, die Keime unempfindlich gegen bestimmte Wirkstoffe machen.
Andockstelle erfolgreich blockiert
Mit Hilfe von Röntgenkristallografischen Aufnahmen analysierten die Wissenschaftler erstmals die genaue Struktur und Funktionsweise des MRSA- Nicking-Enzyms. Ihre Analysen ermöglichten es ihnen, zu rekonstruieren, wie sich die verschiedenen Komponenten des Enzyms an die DNA eines Plasmids anlagern und dieses für den Transfer vorbereiten. Dabei zeigte sich, dass zwei Andockstellen dieses Proteinkomplexes für diese Bindung unverzichtbar sind. “Das Wissen um diese strukturellen Details eröffnet uns neue Strategien, um den Erwerb neuer Resistenzen bei Erregern zu verhindern”, betonen Edwards und seine Kollegen.
Wie diese Strategien konkret aussehen könnten, testeten die Forscher in einem nächsten Schritt. Sie entwickelten ein synthetisches Polymer, das die Bindung einer der Andockstellen des Nicking-Enzyms an die Plasmid-DNA blockiert. Dazu lagert es sich an einem bestimmten Strukturteil der DNA an und versperrt dem Enzym damit den Zugang. Gaben die Wissenschaftler diese Substanz zu einer Lösung mit Nicking-Enzym und Plasmiden, reichte schon eine geringe Menge des Polymers aus, um die Enzymfunktion zu hemmen. Mit diesem und ähnlichen Hemmstoffen könnte sich daher zukünftig eine neue Möglichkeit eröffnen, die Ausbreitung von Resistenzen bei MRSA zu verhindern, so das Fazit der Forscher.
Jonathan Edwards (University of North Carolina, Chapel Hill) et al.: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), doi: 10.1073/pnas.1219701110 © wissenschaft.de – ===Nadja Podbregar
