Wie Salmonellen im Darm koexistieren und Antibiotikaresistenzen austauschen

Bakterien werden zunehmend resistent gegen g?ngige Antibiotika. Ein Schl¨¹sselfaktor ist dabei der Austausch von Resistenzen zwischen eng verwandten Bakterienst?mmen. Wenn verwandte Bakterien einander nahekommen, k?nnen sie Informationen ¨¹bertragen, um Antibiotika unwirksam zu machen. Bedauerlicherweise scheint unser Darm eine ideale Umgebung f¨¹r diesen Austausch zu bieten. Warum, war bis anhin unklar.

Nach der klassischen Theorie sollte ein solcher Austausch n?mlich nur schwerlich stattfinden. Denn normalerweise verhindern die Interaktionen zwischen Mikroben, dass sich eng verwandte Bakterienst?mme gleichzeitig im Darm ansiedeln.

Im Darm von S?ugetieren tummeln sich Tausende von Bakterienarten, die eng miteinander wechselwirken und eine dicht besiedelte Gemeinschaft bilden ¨C das Darmmikrobiom. Diese Gemeinschaft stellt ihrem Wirt wichtige Funktionen bereit, darunter auch die Abwehr von Krankheitserregern. In einem gesunden Darm verhindern die ans?ssigen Mikroorganismen die Ansiedlung von Darmpathogenen auf verschiedene Weise, etwa durch Konkurrenz um begrenzte Nahrung. Nach der ?Nischenausschlusstheorie? ist es f¨¹r Bakterien derselben Art daher sehr schwierig, sich in einem bereits besiedelten Darm zu vermehren, weil sie mit ihren etablierten Artgenossen um die gleichen N?hrstoffmolek¨¹le konkurrieren.

Eine Besiedlungsstrategie von Darmbakterien

?J¨¹ngste Befunde stellen diese Theorie jedoch in Frage, denn sie zeigen, dass einige Arten von Darmbakterien mit ihresgleichen im Darm koexistieren k?nnen?, sagt Ersin G¨¹l, Postdoc in der Gruppe von Wolf-Dietrich Hardt, Professor f¨¹r Mikrobiologie an der ETH Z¨¹rich und Mitglied des Nationalen Forschungsschwerpunkts Microbiomes. Das stellte die Forschenden vor ein R?tsel: Wie k?nnen eng verwandte Bakterienpopulationen mit ?hnlichem Nahrungsbedarf im Darm koexistieren und in der Folge Informationen austauschen? Und l?sst sich dieses Miteinander aus dem bakteriellen Genom vorhersagen?

Um Licht ins Dunkel zu bringen, untersuchte Hardts Team die Dynamik des Zusammenlebens von Bakterien im Darm von M?usen. ?Wir wollten verstehen, wie eine sekund?re Bakteriengruppe gedeihen kann, wenn eng verwandte ans?ssige Bakterien bereits die Nische besetzen?, berichtet G¨¹l, Erstautor der j¨¹ngsten Studie aus dem Hardt Lab. Darin untersuchte das Team speziell das Verhalten von pathogenen Salmonellen, die Lebensmittelinfektionen und Durchfall verursachen, sowie von harmlosen E. coli St?mmen, die nahe mit den Salmonellen verwandt sind. Die Ergebnisse wurden k¨¹rzlich in der Zeitschrift externe Seite Cell Host & Microbe ver?ffentlicht.

Was wir essen ist entscheidend

Wie die Forschenden herausfanden, nutzen diese Bakterien verschiedene Nahrungsressourcen, wenn sie den Darm allein besiedeln. Sie k?nnen jedoch nur mit anderen Salmonellen oder E. coli Populationen zusammen gedeihen, wenn eine Population eine Nahrungsquelle zur Verf¨¹gung hat (hier Galactose oder Arabinose), welche die andere nicht verwerten kann. Dahinter steckt anscheinend eine Stoffwechselstrategie von Salmonellen, um Koexistenz zu erm?glichen und sich in einem bereits besetzten Darm auszubreiten.

Die Ergebnisse verdeutlichen den grossen Einfluss der Nahrung. In Experimenten mit M?usen zeigten die Forschenden, dass die Zugabe solcher ?privat nutzbaren? Nahrungsmolek¨¹le die gleichzeitige Infektion zweier Salmonellenpopulationen erm?glicht und damit die Weitergabe von Resistenzen f?rdert.

Laut den Autoren k?nnte auch unsere Ern?hrung ungewollt zur Verbreitung von Antibiotikaresistenzen beitragen, indem N?hrstoffquellen selektiv das gemeinsame Wachstum bestimmter Bakterienpopulationen beg¨¹nstigen.

Neue Ans?tze gegen bakterielle Infektionen

Die Ergebnisse sind vielleicht auch f¨¹r die guten Bakterien in unseren D?rmen relevant: Denn m?glicherweise wenden diese die gleiche Besiedlungsstrategie an. ?Unsere Studie deutet darauf hin, dass kleine Unterschiede in der Stoffwechselkapazit?t dar¨¹ber entscheiden, welche St?mme einer Art im Wettstreit stehen, und welche gemeinsam wachsen k?nnten?, erkl?rt G¨¹l.

Zudem er?ffnen die Erkenntnisse interessante Perspektiven f¨¹r dringend ben?tigte Ans?tze gegen Antibiotikaresistenzen und zur F?rderung eines gesunden Darmmikrobioms. ?Mikrobiom-Therapien k?nnten vom Wissen ¨¹ber diese alternativen Stoffwechselwege profitieren?, glaubt G¨¹l.

Hardt wagt einen Vergleich: ?Das entdeckte Prinzip ist ein bisschen wie die Entschl¨¹sselung der Hieroglyphen im ersten Satz des Steins von Rosetta ¨C in Zukunft k?nnten wir vielleicht in der Lage sein, anhand der Bakteriengenome systematisch vorherzusagen, ob zwei St?mme koexistieren und DNA austauschen k?nnen, und welche Nahrungsmittel dies beg¨¹nstigen w¨¹rden?, schw?rmt er.