Als Charles Darwin die Grundlagen der Evolutionstheorie erkannte, dachte er in Zeiträumen von Tausenden und Millionen von Jahren. Nicht zuletzt jüngste Entwicklungen in der Mikrobiologie lehren, dass es auch sehr viel rascher geht. So ist die Entwicklung von Resistenzen in Bakterien quasi "Evolution im Zeitraffer". Weltweit arbeiten WissenschafterInnen - wie etwa Renée Schroeder, Johann Mulzer oder Elisabeth Sonnleitner von der Universität Wien - an der Entwicklung neuer Methoden, um das Problem der sogenannten multiresistenten Keime wieder in den Griff zu bekommen. |
Lange war die Entwicklung der Antibiotika mehr oder weniger ein Spiel von Versuch und Irrtum. Verschiedenste in der Natur vorkommende Substanzen wurden auf ihre Tauglichkeit zur Bekämpfung von bakteriellen Erkrankungen getestet.
"Dabei bestand und besteht aber das Problem, dass gegen alle natürlichen oder von der Natur abgeschauten Substanzen irgendwo auch Resistenzgene existieren", erklärt Renée Schroeder vom Department für Biochemie und Zellbiologie: "Es ist daher absehbar, dass sich mit diesen Mitteln bekämpfte Bakterien irgendwann diese Gene einverleiben - Bakterien beherrschen diesen sogenannten horizontalen Gentransfer bestens."
Abseits der klassischen Antibiotika
Dank der modernen Genetik und Molekularbiologie, welche immer tiefer in die Vorgänge der Zelle vordringt, beschreiten WissenschafterInnen wie Schroeder völlig andere Wege abseits der klassischen Antibiotika. Bisher waren die Mittel nichts anderes als Bakteriengifte. Sie wirken, indem sie beispielsweise die Synthese von Proteinen in den bakteriellen Zellmaschinen verhindern.
Die ForscherInnen um Schroeder verfolgen dagegen einen anderen Ansatz. "Bakterien müssen sich an den jeweiligen Lebensraum oder auch den Wirt anpassen, menschliches Blut ist verständlicherweise eine andere Umgebung als etwa Wasser", so die Molekularbiologin. Diese Anpassung bewerkstelligen die Organismen unter anderem über sogenannte nicht codierende RNA (kurze, mit der Erbsubstanz DNA verwandte Moleküle). Nicht codierende RNA wird dabei nicht in Genprodukte umgesetzt, sondern steuert vielmehr, welche Gene gerade abgelesen werden und welche nicht.
Wenn man diesen Vorgang einmal verstanden hat, kann man eingreifen. So könnte man einem Bakterium etwa den menschlichen Organismus vergällen, indem man die Anpassung verhindert. "Wann die derzeitigen Grundlagenarbeiten im Rahmen eines EU-weiten COST-Projekts in Medikamente münden, ist derzeit allerdings noch nicht absehbar", räumt Schroeder ein.
Riboschalter im Fokus
Den Weg der vollständigen Synthese eines von der Natur abgeschauten Stoffs namens Kendomycin - ein Stoffwechselprodukt von Bakterien der Gattung Streptomyces - beschreiten ForscherInnen um Johann Mulzer vom Institut für Organische Chemie. In der Natur schützt Kendomycin Streptomyces etwa vor Konkurrenten. Wie sich bisher herausstellte, wirkt Kendomycin nicht nur gegen antibiotikaresistente Bakterien, sondern auch gegen Entzündungen oder Osteoporose.
Durch gezielte Manipulationen der Molekülstruktur wollen die ForscherInnen die Substanz weiterentwickeln, die sich möglicherweise auch gegen Krebs einsetzen lässt. "Durch die Synthese lässt sich der Stoff nicht nur herstellen, sondern auch für die jeweilige Anwendung maßschneidern", so Mulzer.
Tödlichen Keimen auf der Spur
Die Hertha-Firnberg-Stipendiatin Elisabeth Sonnleitner vom Department für Mikrobiologie, Immunbiologie und Genetik hingegen forscht im Rahmen eines FWF-Projekts über spezifische Stoffwechselvorgänge des Krankenhauskeims Pseudomonas aeruginosa (PAO1), der bereits eine hohe Antibiotikaresistenz aufweist. "Einem gesunden Menschen kann das PAO1-Bakterium nicht viel anhaben. Wenn sich PatientInnen auf Intensivstationen eine Infektion einfangen, ist die Überlebenschance allerdings nur sehr gering", so die Wissenschafterin.
Im Zentrum ihres Forschungsinteresses steht die sogenannte Katabolitrepression (CR) - eine Art hierarchische Kontrolle, die festlegt, wie das humanpathogene Bakterium im Zusammenspiel mit verschiedenen Kohlenstoffquellen agiert. "Wenn man weiß, wie dieses System funktioniert, können später Medikamente entwickelt werden, mit denen sich die Vorgänge gezielt regulieren lassen", hofft Sonnleitner.
Extrem kurze Generationsfolgen
Dass klassische Antibiotika nach Jahrzehnten des Einsatzes langsam ihre Wirkung einbüßen, liegt schlicht an der Evolution der Bakterien. Die grundlegenden Mechanismen - Vielfalt und Auswahl - sind dabei die gleichen, die auch Tiere und Pflanzen sich entwickeln lassen. Erstens sind nicht alle Individuen einer Bakterienart gleich, sondern gegen ein bestimmtes Antibiotikum mehr oder weniger empfindlich. Durch den ständigen Einsatz der Mittel überleben hauptsächlich solche unempfindlicheren Typen und geben ihr Erbgut auch weiter. Letztendlich können solche Stämme entstehen, welche überhaupt nicht mehr auf das Mittel ansprechen.
Die Gründe, warum sich Evolution in Bakterien in vergleichsweise kurzen Zeiträumen abspielt, sind vielfältig. Ein Hauptgrund sind die teils extrem kurzen Generationsfolgen der Bakterien. So können sich die Zellen bei entsprechend guten Bedingungen alle paar Stunden teilen. Viele Bakterienstämme verfügen aber auch über ein sehr variables Erbgut.
Im Gegensatz zu höheren Organismen, welche ihre Gene praktisch nur an die Nachkommen weitergeben können, ist bei Bakterien ein sogenannter horizontaler Gentransfer nachweisbar. Das heißt, dass ganze Gene oder Gruppen von Genen von einem Individuum zu einem anderen wandern können, beispielsweise auch eine Resistenz gegen ein bestimmtes Gift. Auch das beschleunigt die Evolution. (APA/red)
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