Indem sie ihre Form verändern, können einige Bakterien widerstandsfähiger gegen Antibiotika werden

03.02.2021 - USA

Neue Forschungsarbeiten unter der Leitung von Shiladitya Banerjee, Assistant Professor of Physics an der Carnegie Mellon University, zeigen, wie sich bestimmte Bakterientypen an die langfristige Einwirkung von Antibiotika anpassen können, indem sie ihre Form verändern. Die Arbeit wurde in Nature Physics veröffentlicht.

Anpassung ist ein grundlegender biologischer Prozess, der Organismen dazu bringt, ihre Eigenschaften und ihr Verhalten zu verändern, um sich besser an ihre Umgebung anzupassen, sei es die berühmte Finkenvielfalt, die der Pionierbiologe Charles Darwin beobachtete, oder die vielen Bakterienarten, mit denen der Mensch zusammenlebt. Während Antibiotika den Menschen seit langem helfen, bakterielle Infektionen zu verhindern und zu heilen, sind viele Bakterienarten zunehmend in der Lage, sich so anzupassen, dass sie gegen antibiotische Behandlungen resistent sind.

Banerjees Forschung an der Carnegie Mellon University und in seiner früheren Position am University College London (UCL) hat sich auf die Mechanik und Physik hinter verschiedenen zellulären Prozessen konzentriert. Zusammen mit Forschern der University of Chicago beschloss er zu untersuchen, wie sich die Einwirkung von Antibiotika auf das Wachstum und die Morphologie des Bakteriums Caulobacter crescentus, eines häufig verwendeten Modellorganismus, auswirkt.

"Mit Hilfe von Einzelzellexperimenten und theoretischer Modellierung zeigen wir, dass Veränderungen der Zellform als Rückkopplungsstrategie wirken, um Bakterien anpassungsfähiger zu machen, um Antibiotika zu überleben", sagte Banerjee über das, was er und seine Mitarbeiter fanden.

Als sie über mehrere Generationen hinweg weniger als tödlichen Dosen des Antibiotikums Chloramphenicol ausgesetzt waren, fanden die Forscher heraus, dass die Bakterien ihre Form dramatisch veränderten, indem sie breiter und stärker gekrümmt wurden.

"Diese Formveränderungen ermöglichen es den Bakterien, den Stress der Antibiotika zu überwinden und wieder schnell zu wachsen", sagte Banerjee. Die Forscher kamen zu dieser Schlussfolgerung, indem sie ein theoretisches Modell entwickelten, um zu zeigen, wie diese physikalischen Veränderungen es den Bakterien ermöglichen, eine stärkere Krümmung und ein geringeres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu erreichen, wodurch weniger Antibiotikapartikel durch ihre Zelloberflächen gelangen können, während sie wachsen.

"Diese Erkenntnis ist von großer Bedeutung für die menschliche Gesundheit und wird wahrscheinlich zahlreiche weitere molekulare Studien über die Rolle der Zellform auf bakterielles Wachstum und Antibiotikaresistenz anregen", so Banerjee.

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