Eine aktuelle Studie enthüllt einen überraschenden Mechanismus: Antibiotika, die zur Eliminierung von Bakterien entwickelt wurden, können paradoxerweise ihr Überleben fördern und die Entwicklung von Arzneimittelresistenzen beschleunigen. Das Verständnis dieses Prozesses ist entscheidend, um Antibiotikastrategien zu verbessern und die wachsende Bedrohung durch antibiotikaresistente Infektionen zu bekämpfen, von denen weltweit Millionen Menschen betroffen sind.
Forscher der Rutgers Health haben herausgefunden, dass das gängige Antibiotikum Ciprofloxacin, das zur Behandlung von Harnwegsinfektionen eingesetzt wird, eine Energiekrise in Escherichia coli (E. coli)-Bakterien auslösen kann. Diese Krise tötet die Bakterien jedoch nicht wie beabsichtigt. Stattdessen veranlasst sie diese, sich anzupassen und resistenter gegen das Medikament zu werden.
Die in Nature Communications veröffentlichte Studie konzentrierte sich auf Adenosintriphosphat (ATP), die Energiequelle für Zellen. Wenn Ciprofloxacin die ATP-Werte stört, erfahren die Bakterien „bioenergetischen Stress“. Überraschenderweise reagieren die Bakterien, indem sie ihre Atmung erhöhen und reaktive Sauerstoffmoleküle produzieren, die ihre eigene DNA schädigen. Dies führt zu zwei wesentlichen Ergebnissen.
Erstens überleben mehr Bakterien. Gestresste Zellen, sogenannte Persistenzzellen, können tödlichen Dosen des Antibiotikums widerstehen. Diese Zellen verharren inaktiv, bis das Medikament verschwunden ist, und kehren dann zurück, um neue Infektionen zu verursachen. Zweitens mutieren die gestressten Bakterien schneller und entwickeln eine Resistenz gegen das Antibiotikum. Diese beschleunigte Mutation ist mit oxidativen Schäden und Fehlern bei der DNA-Reparatur verbunden.
Die Ergebnisse legen nahe, dass die durch Antibiotika induzierten Stoffwechselveränderungen sie weniger wirksam machen und Resistenzen fördern. Die Forscher stellten auch fest, dass andere Antibiotika, wie Gentamicin und Ampicillin, eine ähnliche Wirkung haben. Dies könnte Auswirkungen auf die Behandlung verschiedener Infektionen haben, einschließlich der durch Mycobacterium tuberculosis verursachten.
Diese Forschung unterstreicht die Notwendigkeit, die Entwicklung und Verwendung von Antibiotika zu überdenken. Mögliche Strategien umfassen das Screening neuer Antibiotika auf Nebenwirkungen, die den Energiehaushalt beeinträchtigen, die Kombination bestehender Medikamente mit Wirkstoffen, die Stresswege blockieren, und die Überprüfung der Verwendung hoher Dosen. Indem wir die Stoffwechselreaktionen von Bakterien verstehen und angehen, können wir die Wirksamkeit von Antibiotika verbessern und dem Anstieg arzneimittelresistenter Infektionen entgegenwirken.