Studie enthüllt bakterielle Strategie hinter Antibiotikatoleranz und -persistenz

Antibiotika sind ein medizinisches Wunderwerk, aber viele Mikroben entwickeln die Fähigkeit, diesen Therapeutika zu widerstehen und sie zu tolerieren. Wissenschaftler des St. Jude Children’s Research Hospital haben herausgefunden, wie das geht S. pneumoniae passt sich der Antibiotikaexposition und dem Immundruck an. Ihre Ergebnisse zeigen, dass Veränderungen in der RNA-Regulation es Bakterien ermöglichen, in einen Zustand der Antibiotikatoleranz zu gelangen. Die Ergebnisse liefern ein tieferes Verständnis dafür, wie Krankheitserreger die Behandlung überleben und könnten Strategien zur Verbesserung der Wirksamkeit vorhandener Antibiotika liefern. Die Ergebnisse wurden heute in veröffentlicht Zellwirt und Mikrobe.

Für Kinder mit Krebs und anderen Erkrankungen, die das Immunsystem schwächen, stellen bakterielle Infektionen nach wie vor eine große klinische Herausforderung dar, da eine Immunsuppression die Kontrolle von Infektionen erschweren und das Risiko schwerwiegender Komplikationen erhöhen kann. S. pneumoniaeeine weltweit häufigste Ursache für schwere bakterielle Infektionen, kann bei diesen Patienten besonders gefährlich sein und schwere Erkrankungen wie Lungenentzündung, Blutkreislaufinfektionen und Meningitis verursachen. Während Antibiotika für die Vorbeugung und Behandlung dieser Infektionen von entscheidender Bedeutung sind, können einige Bakterien die Antibiotikaexposition durch Mechanismen wie Antibiotikaresistenz oder Antibiotikatoleranz überleben.

Es ist von entscheidender Bedeutung, die Bakterienpopulationen gezielt bekämpfen zu können, die auf eine Antibiotikabehandlung nicht ansprechen. Wir haben eine neue Strategie für die Reaktion von Bakterien auf Antibiotika entdeckt, die neue Erkenntnisse darüber liefert, wie hartnäckige Infektionen entstehen. Diese Erkenntnisse könnten als Leitfaden für Strategien zur Verbesserung der Wirksamkeit von Antibiotika dienen.“

Jason Rosch, PhD, korrespondierender Autor, St. Jude Department of Host-Microbe Interactions

Der Druck des Wirts treibt die Überlebensstrategien der Bakterien über den Widerstand hinaus

Mithilfe eines Infektionsmodells, das verfolgte, wie S. pneumoniae Die Forscher fanden heraus, dass der Druck, den die Wirtsumgebung und das Immunsystem ausübten, sich innerhalb des Wirts entwickelte S. pneumoniae Evolution. Diese Entwicklung begünstigte Anpassungen, die es den Bakterien ermöglichten, die Exposition gegenüber Antibiotika zu tolerieren und gleichzeitig ihre Fähigkeit zur Persistenz beizubehalten, anstatt Resistenzmutationen zu erwerben, die ihre Fitness während einer Infektion beeinträchtigen könnten.

Einzelzellanalysen ergaben, dass diese Toleranzstrategie eine Bet-Hedging-Reaktion beinhaltete, bei der die Bakterienpopulation als Reaktion auf Antibiotika-Stress unterschiedliche Überlebenszustände annahm. Während viele Bakterienzellen nach der Antibiotika-Exposition dem Zelltod entgegengingen, gelangte eine Untergruppe in einen vorübergehenden Zustand der Antibiotikatoleranz, wodurch die normale Zellaktivität verlangsamt und der durch die Behandlung verursachte Schaden verringert wurde.

Die Forscher fanden heraus, dass diese Reaktion durch Veränderungen in der RNA-Regulation, einschließlich Mutationen in, ausgelöst wurde rnyein Gen, das am RNA-Abbau beteiligt ist. Tolerante Zellen verhinderten die typischerweise durch Antibiotika verursachte Zellschädigung und gingen in einen schützenden Zustand geringer Aktivität über, der es ihnen ermöglichte, die Behandlung zu überleben und nach Entfernung der Antibiotika schnell wieder zu wachsen.

„Es handelt sich im Wesentlichen um eine bevölkerungsbasierte Überlebensstrategie“, sagte Rosch. „Wenn jede Zelle auf die gleiche Weise auf Antibiotika reagieren würde, wäre die Wahrscheinlichkeit geringer, dass die Population überlebt. Stattdessen fanden wir heraus, dass die meisten Zellen zwar starben, eine kleine Untergruppe jedoch die Antibiotika-Exposition vorübergehend überlebte und nach Ende der Behandlung ein erneutes Wachstum auslöste.“

Diese Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist zu verstehen, wie Bakterien die Antibiotikaexposition überleben. Dieses Wissen ist entscheidend für die Entwicklung neuartiger Antibiotika und die Verbesserung ihrer Leistung.

„Ich denke, das öffnet uns wirklich die Augen für die Tatsache, dass Bakterien viel mehr Strategien haben, um Antibiotika zu umgehen, als uns derzeit bewusst ist“, sagte Rosch. „Eine Antibiotikabehandlung kann auch dann scheitern, wenn keine traditionelle Resistenz vorliegt. Dies zeigt, wie wichtig Toleranzmechanismen sind, die das Fortbestehen von Bakterien ermöglichen, was bei der Entwicklung neuer Strategien zur Verbesserung der Wirksamkeit von Antibiotika hilfreich sein wird.“

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