Bakterielle Schlacht erzeugt neue Antibiotika

Wissenschaftler des MIT ermutigten Bakterien, ein neuartiges Antibiotikum zu produzieren, indem sie sie gegen einen mikrobiellen Feind ausspielen. Die neu entdeckte Verbindung kann töten H. pylori , Bakterien im Zusammenhang mit Magengeschwüren. Der Ansatz könnte einen neuen Weg zur Entdeckung neuer Antibiotika bieten und Aufschluss darüber geben, wie und wann Bakterien diese giftigen Verbindungen produzieren.

Bakterienkampf: Wissenschaftler haben ein neues Antibiotikum entdeckt, das aus dem Bakterium Rhodococcus fascians isoliert wurde. Auf eine Papierscheibe (weiß) in der Mitte eines Tellers voller anderer Bakterien (orange) getropft, tötet das neue Antibiotikum die Bakterien ab.

Das Labor ist ein zahmer Ort, wenn man ein Bakterium ist: Man muss nicht um einen Zuckerkristall kämpfen, sagt Philip Lessard, Molekularbiologe am MIT, der an der Arbeit mitgewirkt hat. Vielleicht sehen wir sie also nicht, wie sie normalerweise chemische Kampfstoffe ausspucken.



Die antibakterielle Resistenz – wenn Bakterien gegen ein bestimmtes Medikament unbesiegbar werden – entwickelt sich in amerikanischen Krankenhäusern zu einer großen Krise. Nach Angaben der Centers for Disease Control and Prevention erkranken jedes Jahr etwa zwei Millionen Amerikaner in Krankenhäusern an Infektionen, von denen 90.000 tödlich verlaufen. Ungefähr 70 Prozent dieser Infektionen sind gegen mindestens eine Art von Antibiotikum resistent.

Wissenschaftler auf der ganzen Welt suchen nach Wegen, um neue Antibiotika herzustellen. Einige Projekte beinhalten die Verschmelzung bestehender Medikamente zu wirksamen neuen Molekülen, während andere Ansätze sich auf die Entwicklung neuer Medikamente konzentrieren, die auf spezifische Mechanismen der mikrobiellen Resistenz abzielen. Jüngste Sequenzierungsstudien deuten jedoch darauf hin, dass Bakterien über eine ungenutzte Quelle neuartiger Antibiotika verfügen, die sie unter normalen Laborbedingungen nicht produzieren und so Wissenschaftlern jahrzehntelang verborgen bleiben.

Wissenschaftler arbeiten in Anthony Sinskey 's Labor am MIT sequenzierte das Genom eines Stammes bodenbewohnender Bakterien, bekannt als Rhodococcus fascians . Sie waren überrascht, dass dieser Organismus, der nicht für seine antibiotikaproduzierenden Kräfte bekannt ist, eine Reihe von Genen beherbergt, die am Stoffwechsel von antibiotikaähnlichen Verbindungen beteiligt sind. (In der Wildnis produzieren Bakterien Antibiotika als Überlebensmechanismus, um sich eine Nische in der überfüllten mikrobiellen Welt zu räumen.)

Während Rhodococcus schienen genetisch in der Lage zu sein, die Verbindungen zu produzieren, die Organismen taten dies nicht im Labor – bis sie zusammen mit einer anderen Bakterienart, genannt ., gezüchtet wurden Streptomyces , die zu den produktivsten Antibiotika-Produzenten in der mikrobiellen Welt gehören. Der Mikrobiologe Kazuhiko Kurosawa und seine Kollegen veröffentlichten ihre Entdeckung letzten Monat in der Zeitschrift der American Chemical Society .

Die neuartige Verbindung mit dem Namen Rhodostreptomycin gehört zu einer Klasse von Antibiotika, die als Aminoglykoside bekannt sind, darunter Neomycin, das in vielen Erste-Hilfe-Cremes verwendet wird, und Streptomycin, ein Tuberkulose-Medikament. Obwohl unklar ist, ob das Medikament für die klinische Anwendung geeignet wäre, zeigen frühe Tests, dass es töten kann H. pylori , Bakterien, die mit Magengeschwüren in Verbindung stehen, und es kann stark saure Umgebungen wie die des Magens überleben. Das Molekül scheint auch eine neue Strukturkomponente zu enthalten, die Chemikern, die daran interessiert sind, neue Medikamente zu entwickeln, einen Ausgangspunkt bieten könnte. Dies eröffnet eine neue Domäne im Bereich der chemischen Vielfalt, sagt Lessard.

Wissenschaftler wissen noch nicht genau, wie die Rhodococcus Stamm die Fähigkeit erworben, dieses neue Toxin herzustellen. Nur eine von vielen Flaschen Rhodococcus mit dem Feind wachsen Streptomyces das Antibiotikum produziert. Kurosawa und seine Kollegen entdeckten, dass der medikamentenproduzierende Stamm einen großen Teil der DNA des anderen Organismus enthält. Während frühere Forschungen darauf hindeuten, dass der DNA-Austausch zwischen Bakterien recht häufig vorkommt – es wird angenommen, dass er der Fähigkeit von Bakterien zugrunde liegt, schnell Arzneimittelresistenzen zu entwickeln – war der Austausch schwer aus erster Hand zu beobachten. In diesem Fall ist der Prozess auf frischer Tat ertappt und man sieht die Konsequenzen, sagt Jon Clardy , Chemiker an der Harvard Medical School in Boston.

Die Arbeit hat bei Wissenschaftlern, die neuartige Antibiotika entwickeln, Aufregung geweckt, da die Methode einen neuen Weg bieten könnte, um die verborgenen antibiotischen Produktionsfähigkeiten verschiedener Arten von Bakterien aufzudecken. Fortschritte in der Sequenzierungstechnologie machen es jetzt möglich zu sehen, wie die Vielfalt bekannter Antibiotika aus dem Genaustausch entstanden ist, sagt Michael Fischbach, ein mikrobieller Genetiker am Broad Institute in Cambridge, MA. Fischbach betreut ein Projekt zur Sequenzierung von 16 Stämmen der Streptomyces , in dem Wissenschaftler ähnliche Methoden ausprobieren werden, um neue Medikamente herauszulocken.

Frühere Sequenzierungsforschungen legen nahe, dass einige Stämme die genetische Fähigkeit besitzen, 20 bis 30 verschiedene Antibiotika zu produzieren, aber wenn sie alleine unter komfortablen Laborbedingungen gezüchtet werden, produzieren sie nur zwei oder drei. Wo sind die anderen 90 Prozent? fragt Fischbach. Ich denke, [Kurosawas] Ansatz ist der richtige Weg, dies zu untersuchen.

Es ist noch nicht klar, ob das ausgetauschte DNA-Stück Gene für das Antibiotikum selbst enthält oder ob es einen warnenden Regulationsmechanismus auslöst Rhodococcus von eindringenden Bakterien und aktivieren einen inhärenten, aber oft stillen Mechanismus, um Toxine zu produzieren. Bisher haben die Forscher nur die Hälfte des DNA-Inserts sequenziert; sie erwarten, die andere Hälfte bald zu sequenzieren.

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