Einen neuen Ansatz, damit Antibiotika bei bakteriellen Infektionen wieder besser anschlagen, hat das Team von Professor Dr. Tobias Bollenbach von der Biologischen Physik der Universität zu Köln in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Unter dem Titel „Highly parallel lab evolution reveals that epistasis can curb the evolution of antibiotic resistance“ stellt Bollenbach seine Studie über eine Kontrollmöglichkeit von Antibiotikaresistenzen durch gezielte Gen-Interaktionen vor.

„Wir wollten wissen, wie genetische Störungen beim Bakterium E. coli mit der späteren evolutionären Anpassung an das Medikament interagieren“, so Bollenbach. Dazu entwickelte die Doktorandin Marta Lukačišinová gemeinsam mit Bollenbach und der Technikerin Booshini Fernando eine robotisch arbeitende Plattform, mit der Hunderte genetisch gestörte Escherichia coli Populationen parallel hervorgebracht und in ihrem Verlauf untersucht werden konnten. „Unser wichtigstes Ergebnis hierbei war, dass wir einen Ansatzpunkt gefunden haben, über den sich eine spontane Resistenzentwicklung gegenüber der verabreichten Arznei unterdrücken ließ", erklärt Lukačišinová.  

Zunächst konnte das Team ein prototypisches Muster bei der Resistenzentwicklung erkennen: Diejenigen Bakterienstämme, die anfänglich empfindlicher auf Medikamente reagieren, entwickeln im Verlauf des Evolutionsexperiments eine umso größere Resistenz gegen das Medikament. Besonders interessierte die Forscherinnen und den Forscher aber, unter welchen Bedingungen dieses Muster durchbrochen wird und Resistenzen so gut wie ausbleiben. Dies geschieht, so zeigte die Studie, wenn das Bakterium bestimmte funktionelle Störungen aufweist. Identifiziert wurden die Bereiche Membrantransport und Chaperone, die bei der fehlerfreien Erzeugung von Proteinen eine entscheidende Rolle spielen. Sind diese Funktionen im Bakterium nicht voll intakt, kann ein Antibiotikum hier viel besser angreifen und nachhaltig seine Wirksamkeit entfalten. Diese molekularen Targets können künftig womöglich dabei helfen, Antibiotika zu verbessern.  

Tobias Bollenbach erforscht als Leiter der Arbeitsgruppe „Biologische Physik und Systembiologie“ an der Universität zu Köln neue Wege, um die Entwicklung von Medikamentenresistenzen zu minimieren oder sogar zu verhindern.

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Zur Veröffentlichung:
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16932-z