Ein bakterielles Immunsystem weckt Hoffnung im Kampf gegen Antibiotikaresistenz.

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Autor: fee
Antibiotika gehören in der modernen Medizin zu den erfolgreichsten Therapeutika und haben unzählige Menschenleben gerettet. Doch die sich immer weiter ausbreitenden Resistenzen der entsprechenden Erreger, stellen heute eines der grössten Probleme der Gesundheitssysteme dar.

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Die Geschichte, dass die Entdeckung der Antibiotika auf einen zufälligen Pilzbefall der Petrischalen, und damit, wenn man sehr kritisch sein will, auf ein unsauberes Arbeiten von Alexander Fleming zurückzuführen war, ist nict wahrheitgetreu, auch wenn sie schön klingt. Doch die eigentliche Entdeckung, dass Schimmelpilze antibiotische Eigenschaften besitzen, geht auf den französischen Militärarzt Ernest Duchesne zurück, der beobachtete, dass arabische Stallarbeiter die Sättel in dunklen und feuchten Kammern aufbewarten, um Schimmelpilzwuchs zu induzieren, da Sie wussten, dass dies die Wundheilung von Scheuerverletzungen der Pferde beschleunigte. Aufbauend auf dieser Beobachtung fertigte er eine Doktorarbeit zu diesem Thema an. Flemming konnte dann mit seinen Forschungen den Grundstein für die Erzeugung des Pnicillins liefern, das seinen Namen von dem Hersteller, dem Schimmelpilz Penicillium notatum erhielt. Diese Grundsubstanz wurde später auf verschiedenste Weise verändert und abgewandelt und zur Heilung multipler bakterienassoziierter Krankheiten verwendet. Doch die enorm hohe Flexibilität der Bakterien und in vielen Fällen die verantwortungslose Anwendung der Antibiotika, führte zur Entwicklung sogenannter Resistenzgene, die es den Krankhetserregern ermöglichen, die Antibotika zu tolerieren und zu entgiften. Ein weiterer Trick ist dabei der Austausch von ringförmigen genetischen Einheiten, den Plasmiden. Dieser Vorgang wird “horizontaler Gentransfer” genannt und ermöglicht eine schnelle Weitergabe der Resistenzgene von einem Individuum auf das nächste.
Die Entdeckung eines mutmasslichen “bakteriellen” Immunsystems (Barrangou et al. 2007, Brouns et al. 2008), liefert nun einen möglichen neuen Ansatz um die Weitergabe der Resistenzgene zu bekämpfen. Dieses “Immunsystem” ermöglicht es den Bakterien, das Eindringen von Bakterienviren, sogenannten Bakteriophagen, zu bekämpfen, und ist in seiner Wirkung mit dem RNA-Interferenzmechanismus vergleichbar. Zwischen zwei CRISPR-Sequenzmotiven (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), befindet sich dafür ein Sequenzabschnitt, der von dem Genom des Phagen ageleitet ist, und die spezifische Erkennung dessen DNA ermöglicht. Die schädliche DNA wird dann in einem bisher unbekannten Prozess abgebeut udn unschädlich gemacht.
Zwei Forschern im Labor von Erik Sontheimer ist es gelungen, eine CRISPR Sequenz zu identifizieren, die spezifisch ist, für die konjugativen Plasmide von Staphylococcus aureus, einen der häufigsten und gefährlichsten antibiotikaresistenten Erreger. Damit liesse sich dieser Mechanismus auf den homologen Gentransfer der Resistenzplasmide anwenden um die Erreger sozuagen mit ihren eigenen Waffen zu schlagen. Sie entdeckten diese CRISPR Sequenz in einem nahen Verwandten, Staphylococcus epidermis und in Laborexperimenten konnte gezeit werden, dass der horizontale Gentransfer sowohl zwischen unterschiedlichen Stämmen von S. epidermis als auch zwischen S. epidermis und S. Aureus blockiert wurde. Dieser mechanismus, der CRISPR-Interferenz genannt wird, führt zur Produktion von RNA Molekülen, die ankommende PLasmid-DNA erkennt und durch einen unbekannten Mechanismus zu deren Abbau führt. Da die Spezifität dieses Mechanismus auf die DNA-Sequenz zwischen CRISPR Abschnitten beruht, könnten prinzipiell sämtliche eintretenden DNAs blockiert werden und somit eindeutige Spezifitäten erzeugt werden.

R. Barrangou, C. Fremaux, H. Deveau, M. Richards, P. Boyaval, S. Moineau, D. A. Romero, P. Horvath (2007). CRISPR Provides Acquired Resistance Against Viruses in Prokaryotes Science, 315 (5819), 1709-1712 DOI: 10.1126/science.1138140

S. J. J. Brouns, M. M. Jore, M. Lundgren, E. R. Westra, R. J. H. Slijkhuis, A. P. L. Snijders, M. J. Dickman, K. S. Makarova, E. V. Koonin, J. van der Oost (2008). Small CRISPR RNAs Guide Antiviral Defense in Prokaryotes Science, 321 (5891), 960-964 DOI: 10.1126/science.1159689

L. A. Marraffini, E. J. Sontheimer (2008). CRISPR Interference Limits Horizontal Gene Transfer in Staphylococci by Targeting DNA Science, 322 (5909), 1843-1845 DOI: 10.1126/science.1165771

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Kategorie: Wissenschaftsnews

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