Bacterial phylogeny explains variation in virulence but not phage efficacy in vivo

Stellen Sie sich den Kampf gegen Supererreger (Bakterien, die gegen unsere Medikamente resistent sind) als ein hochriskantes Spiel namens Fangen vor. Jahrelang haben wir versucht, „Phagen“ – winzige, virusähnliche Jäger, die Bakterien fressen – als unser neues Team von Fängern einzusetzen. Während dies in einer Petrischale (im Labor) hervorragend funktioniert, scheitert es oft, wenn wir es in einem lebenden Körper versuchen. Warum? Genau das wollte diese Studie herausfinden.

Hier ist die Geschichte dessen, was sie herausgefunden haben, unter Verwendung einiger einfacher Vergleiche:

1. Der „Stammbaum“ des Feindes

Die Forscher sammelten 64 verschiedene Arten von Staphylococcus-Bakterien (die „Bösewichte“) und 4.968 Wachsmottenlarven (ein kleines Insekt, das als Stellvertreter für einen lebenden Körper dient). Sie wollten sehen, wie gefährlich jedes Bakterium für sich allein genommen war.

Die Entdeckung: Sie fanden heraus, dass wie „gemein“ ein Bakterium ist, stark von seinem Stammbaum abhängt.

• Die Analogie: Stellen Sie sich die Bakterien wie verschiedene Hunderassen vor. Einige Familien, wie Deutsche Doggen, sind von Natur aus groß und einschüchternd, während andere, wie Chihuahuas, winzig und weniger bedrohlich sind. Die Studie zeigte: Wenn man den „Familiennamen“ eines Bakteriums (seine evolutionäre Geschichte) kennt, kann man ziemlich genau erraten, wie gefährlich es sein wird. Wenn zwei Bakterien enge Cousins sind, werden sie wahrscheinlich ein ähnliches Maß an Ärger verursachen.

2. Die Rettungsmission der Phagen

Als Nächstes führten sie die Phagen-Jäger in das Geschehen ein, um zu sehen, ob sie die Mottenlarven retten könnten.

Die Entdeckung: Die Phagen funktionierten! Im Durchschnitt retteten die Zugabe der Phagen-Jäger etwa 15 % mehr Larven und reduzierten die „Verfärbung“ (Melanisierung), die durch die Infektion verursacht wurde.

• Die Analogie: Es ist, als würde man ein spezialisiertes SWAT-Team entsenden, um ein Gebäude von Eindringlingen zu befreien. In den meisten Fällen machte das SWAT-Team einen großen Unterschied, beseitigte die Bösewichte und rettete das Gebäude.

3. Das „Labor-gegen-Realität“-Dilemma

Wissenschaftler testen diese Phagen-Jäger oft in einer Petrischale (in vitro), bevor sie sie in einem lebenden Körper (in vivo) einsetzen. Sie hofften, dass ein Phage, der im Labor ein Champion ist, auch im Körper ein Champion sein würde.

Die Entdeckung: Die Studie fand keinen Zusammenhang zwischen der Frage, wie gut ein Phage im Labor funktionierte, und wie gut er im lebenden Körper funktionierte.

• Die Analogie: Stellen Sie sich vor, Sie testen ein Rennauto auf einer glatten, leeren Rennstrecke (das Labor). Es fährt unglaublich schnell. Aber wenn Sie dasselbe Auto auf einem holprigen, schlammigen Offroad-Pfad (den lebenden Körper) bewegen, könnte es stottern und stehen bleiben. Die Studie zeigte, dass die „Streckenbedingungen“ wichtiger sind als die Spezifikationen des Autos. Nur weil ein Phage in einem Reagenzglas wie ein Superstar aussieht, bedeutet das nicht, dass er auch in einem lebenden Lebewesen ein Superstar sein wird.

4. Der Stammbaum sagt den Erfolg des Jägers nicht voraus

Schließlich fragten sich die Forscher: „Wenn Bakterien miteinander verwandt sind, reagieren sie dann auch auf die Phagen-Jäger auf die gleiche Weise?“

Die Entdeckung: Im Gegensatz zur eigenen „Gemeinheit“ (Virulenz) der Bakterien sagte der „Stammbaum“ der Bakterien nicht voraus, wie gut der Phage gegen sie wirken würde.

• Die Analogie: Zurück zu den Hunderassen: Obwohl alle Deutschen Doggen groß sind, reagieren sie nicht alle auf dieselbe Flötenkette auf die gleiche Weise. Ein Deutsche Dogge mag vielleicht jucken, während eine andere gar nicht reagiert. Ähnlich verhält es sich mit eng verwandten Bakterien: Selbst eng verwandte Bakterien können völlig unterschiedliche Reaktionen auf denselben Phagen-Jäger zeigen.

Das Fazit

Dieses Paper sagt uns zwei Hauptdinge:

1. Bakterien sind berechenbar: Wenn man die Familiengeschichte eines Bakteriums kennt, kann man erraten, wie gefährlich es ist.
2. Phagen sind unberechenbar: Man kann nicht vorhersagen, wie gut ein Phage in einem lebenden Körper funktionieren wird, indem man nur Labortests oder die Familiengeschichte der Bakterien betrachtet.

Die wichtigste Erkenntnis ist eine Warnung: Gehen Sie nicht davon aus, dass das, was im Reagenzglas funktioniert, auch in der realen Welt funktionieren wird. Die Umgebung innerhalb eines lebenden Körpers ändert die Regeln des Spiels vollkommen.