Antibiotikaresistenz Universeller Resistenzmechanismus durch Sulfid ist widerlegt

Einen einzigen Mechanismus, der für die meisten Antibiotikaresistenzen verantwortlich ist – Sulfid (Schwefelwasserstoff) war lange Zeit ein viel diskutierter Kandidat dafür. Eine neue Studie der Universität Bonn hat nun allerdings widerlegt, dass Sulfid der Schlüssel zur Ausbildung von Antibiotikaresistenzen ist. Forscher können ihre Suche nach einem universellen Resistenzmechanismus und Wegen, diesen zu stoppen, nun neu fokussieren.

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DZIF – Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

Braunschweig, Bonn – Die rasante Ausbreitung von antibiotikaresistenten Bakterien beschäftigt Infektionsforscher weltweit. Sie suchen nach Mechanismen, die die Bakterien schützen, und vor allem nach Methoden, mit denen man sie erneut angreifbar machen kann. Bereits 2011 postulierten Wissenschaftler in einem Science-Artikel, dass Bakterien durch Sulfid (Schwefelwasserstoff) vor verschiedenen Antibiotika geschützt werden.

Mit seiner Arbeitsgruppe an der Universität Bonn hat Fabian Grein vom Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF) nun den Einfluss von Sulfid auf die Empfindlichkeit von Staphylococcus aureus gegenüber den wichtigsten Antibiotikaklassen untersucht. Mit seiner Arbeit überprüfte er das „Sulfid-Postulat“ an Staphylokokken, die zu den gefürchteten Krankenhauskeimen zählen.

Neu entwickelter Test

Um die Wirkung von Sulfid auf die Bakterien zu untersuchen, setzten die Wissenschaftler die Staphylokokken-Kulturen selbigem aus. Dazu mussten die Forscher zunächst einen modifizierten Agardiffusionstest entwickeln, der der schnellen Oxidation des Schwefelwasserstoffs entgegenwirkt. Nur so war eine kontinuierliche Inkubation mit Sulfid möglich. Mit diesem System wurden die Staphylokokken systematisch und vergleichend mit den wichtigsten Antibiotikaklassen konfrontiert.

Sulfid macht nur gegen manche Antibiotika resistent

Bislang wurde angenommen, dass Sulfid den oxidativen Stress reduziert, der durch jede Antibiotikabehandlung entstehen und die Bakterien abtöten soll. Dies haben die DZIF-Forscher nun widerlegt. Sie fanden heraus, dass Sulfid die Bakterien ausschließlich vor Aminoglykosiden schützt, einer heterogenen Gruppe von Antibiotika, die die Proteinbildung bei den Bakterien stören und so ihren Tod herbeiführen.

Warum nur die Aminoglykoside durch Sulfide unwirksam gemacht werden, erklärt Forschungsleiter Grein: „Aminoglykoside müssen als einzige Antibiotikaklasse die Bakterienmembran energieabhängig durchqueren, um mit ihrem Ziel in Kontakt zu kommen.“ Zugegebenes Sulfid vergifte die Zelle aber partiell, sodass nicht mehr genügend Energie zur Verfügung stehe, um die Aminoglykosid-Antibiotika aufzunehmen. In diesem Fall sei die Bakterienzelle somit geschützt.

Dieser Mechanismus ist vergleichbar mit der Entstehung von Antibiotikaresistenz bei S.-aureus-Subpopulationen. In so genannten „Small Colony Variants“ weisen die Bakterien aufgrund von Mutationen ein geringeres Membranpotential auf. Die damit einhergehende verringerte Aminoglykosid-Aufnahme macht sie resistent gegenüber dieser Antibiotikaklasse.

Suche nach universeller Strategie geht weiter

Grein gibt zu, dass er selbst etwas überrascht war, das jahrelange Postulat der „universellen Schutzfunktion“ von Sulfid zu Fall gebracht zu haben. „Wir sehen außerdem, dass die Produktionsmengen von Sulfid zwischen verschiedenen Bakterienarten stark variieren und im Fall von Staphylococcus aureus für einen effektiven Schutz gegenüber Antibiotika zu gering sind.“

Grein und sein Team wollen nun weiter nach neuen Zielstrukturen gegen Staphylokokken suchen. „Es wäre natürlich schön gewesen, eine Substanz wie Sulfid als Schuldigen dingfest machen zu können und auf der Basis eine universelle Strategie gegen Antibiotikaresistenzen zu entwickeln.“ Aber das Team arbeitet bereits an weiteren Zielstrukturen. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf Angriffspunkten, die eine spezifische Abtötung der Erreger erlauben, oder deren Manipulation die Empfindlichkeit gegenüber klassischen Antibiotika wiederherstellt.

Originalpublikation: Julia Weikum, Niklas Ritzmann, Nils Jelden, Anna Klöckner, Sebastian Herkersdorf, Michaele Josten, Hans-Georg Sahl, Fabian Grein: Sulfide protects Staphylococcus aureus from Aminoglykoside Antibiotics but cannot be regarded as a general mechanism against antibiotics. Antimicrobial Agents and Chemotherapy Oktober 2018, 62(10); DOI: 10.1128/AAC.00602-18

* K. Neubert, DZIF Deutsches Zentrum für Infektionsforschung, 38124 Braunschweig

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