Bakterienpersistenz im Menschen

Nach Absetzen einer Antibiotikatherapie kann eine bakterielle Infektion wiederaufflammen. Diesem Phänomen liegt häufig keine Antibiotikaresistenz, sondern eine Persistenz der Bakterien zu Grunde. Wie unterscheiden sich Resistenz und Persistenz? Während eine Resistenz gegen Antibiotika durch Mutationen hervorgerufen und an die Nachkommen der Bakterien weitergegeben wird, entspricht Persistenz einer vorübergehenden Toleranz  gegenüber Antibiotika; die Nachkommen, welche aus Teilungen dieser persistenten Bakterien hervorgehen sind ihrerseits wiederum anfällig gegenüber Antibiotika.

Dieses Phänomen wurde bereits im Jahr 1944 von Joseph Bigger beschrieben (Bigger, Lancet, 1944). Er beobachtete, dass Penizillin lediglich 99 % einer Staphylokokken-Kultur abtötet. Die überlebenden 1 % Bakterien definierte Bigger als „Persisters". Diese Persisters befinden sich häufig in einem „schlafenden" Zustand und teilen sich nicht; das gilt mitunter als Grund weshalb Antibiotika wirkungslos sind.

Ziel unserer Arbeit ist Wirtsfaktoren zu identifizieren, welche die Bildung von Persisters begünstigen. Wiederkehrende Infekte treten häufig im Zusammenhang mit Abszessen auf. Charakteristisch für Abszesse ist das saure Milieu, definiert durch einen tiefen pH Wert. Wir untersuchten den Einfluss des pH auf die Bildung von Persisters (Leimer, JID, 2015). Tatsächlich zeigte sich, dass  der Anteil von Persisters unter sauren Bedingungen markant höher ist als unter pH neutralen Bedingungen.

Die Therapie von Abszessen folgt heute noch dem medizinischen Lehrsatz „Ubi pus, ibi evacua", welcher in der Antike von Hippokrates verfasst wurde: Durch chirurgisches Entfernern des Eiters kann ein Grossteil der Bakterien eliminiert werden. Doch im menschlichen Körper befinden sich ebenfalls Orte mit saurem pH, welche nicht chirurgisch entfernt werden können. Jede menschliche Zelle besitzt Organellen in denen saure Bedingungen herrschen, die sogenannten Lysosomen. Die Funktion der Lysosomen besteht darin fremde Substanzen (z.B Bakterien) abzubauen. Staphylococcus aureus besitzt jedoch die Fähigkeit in dieser rauen Umgebung zu überleben, indem es das Wachstum einstellt und in einen schlafenden Zustand übergeht. Menschliche Zellen können somit ein Reservoir an Bakterien beherbergen, welche von handelsüblichen Antibiotika nicht abgetötet werden können. Indem wir den pH von Lysosomen modulieren, werden die Bakterien aus ihrem Schlaf erweckt und sprechen erneut auf Antibiotikatherapie an (Leimer, JID, 2015).

Diese Erkenntnisse sollen helfen die Therapie von chronischen Staphylococcus aureus Infekten weiter zu optimieren und bakterielle Virulenzfaktoren zu bestimmen welche massgeblich für wiederkehrende Infekte verantwortlich sind.


 Eine menschliche Zelle (blau) beherbergt Bakterien (grün) in den Lysosomen (rot).

 

Kollaborationen

Prof. Dr. M. Ackermann, Department Environmental Microbiology
Prof. Dr. M Loessner, Laboratory for Food Microbiology, ETH Zurich
Prof. Dr. J. Dworkin, Department of Microbiology & Immunology, Rockefeller University, New York, USA