Antibiotikum kann Bakterienwachstum verstärken

Exeter (Großbritannien) - Antibiotika sollen Krankheitserreger abtöten oder zumindest deren Vermehrung hemmen. Doch wenn es Bakterien gelingt, Schutzmechanismen zu entwickeln, können die Keime nicht nur resistent werden, sondern unter Umständen sogar höhere Teilungsraten erreichen als zuvor. Das zeigten Laborexperimente britischer Biologen mit tetracyclinresistenten E. coli-Bakterien. Bisher ging man davon aus, dass ein durch Selektion entstandener Resistenzmechanismus mit einem größeren Energieaufwand verbunden ist, der sich bei Abwesenheit des Antibiotikums als nachteilig erweisen müsste. Doch offenbar können Bakterien diesen Nachteil durch weitere nützliche Mutationen ausgleichen. Die neuen Ergebnisse könnten praktische Konsequenzen für den therapeutischen Einsatz von Antibiotika haben, schreiben die Forscher im Fachblatt „Nature Ecology & Evolution“.

„Unsere Arbeiten lassen darauf schließen, dass E. coli-Bakterien einen zusätzlichen Nutzen haben, wenn sie eine Resistenz gegen ein Antibiotikum entwickeln“, sagt Robert Beardmore von der University of Exeter. Sein Forscherteam kultivierte mehrere Stämme dieser Bakterien vier Tage lang in Nährlösungen, denen alle zwölf Stunden das Antibiotikum Doxycyclin aus der Gruppe der Tetracycline zugesetzt wurde. Die dabei gewählte Dosis entsprach der bei einer Therapie erzielten Konzentration im Blut. Tetracycline blockieren die Proteinproduktion und hemmen dadurch die Zellteilung, töten die Zellen aber nicht ab. Der anhaltende Einfluss des Antibiotikums setzte einen Evolutionsprozess in Gang: Unter dem ständigen Selektionsdruck vermehrten sich nur noch solche Bakterien, die aufgrund einer Mutation resistent geworden waren. Diese Eigenschaft beruht auf der Fähigkeit, eingedrungenes Doxycyclin sehr effektiv wieder aus der Zelle zu pumpen.

Erstaunlicherweise zeigten die resistenten Bakterien auch eine erhöhte Teilungsrate und sie erreichten etwa dreimal größere Zellmengen als der Ausgangsstamm. Und bei Wachstum in einem Nährmedium ohne Doxycyclin behielten spätere Generationen der Keime alle für sie vorteilhaften neuen Eigenschaften bei. Das widerspricht der gängigen Theorie, wonach ein durch Evolution erworbener Vorteil mit Kosten an anderer Stelle verbunden ist. Durch vergleichende DNA-Analysen fanden die Forscher doch noch zwei nachteilige Merkmale, die mit dem Erwerb der Resistenz einhergingen: Die Bakterien hatten einige Gene verloren, die das Anheften an Oberflächen in einer Schleimschicht, einem sogenannten Biofilm, ermöglichen. Dieser Verlust würde sich erst bei anderen Wachstumsbedingungen außerhalb des Labors negativ auswirken. Außerdem verzögerte sich bei den resistenten Bakterien der Beginn der Zellteilungen, wenn einem nährstoffarmen Kulturmedium Nährstoffe zugesetzt wurden. Auch dieser Nachteil macht sich nur unter anderen Lebensbedingungen bemerkbar.

Im Hinblick auf Antibiotikatherapien sei es wichtig, eine Vermehrung resistenter Erreger unbedingt zu vermeiden, sagt Mark Hewlett, ein Mitglied des Forscherteams. Entscheidend wäre der schnelle Einsatz eines wirksamen Antibiotikums in der richtigen Dosierung über einen nicht zu kurzen und nicht zu langen Zeitraum. Für entsprechende Empfehlungen sind spezielle Studien mit unterschiedlichen Arten von Antibiotika nötig.