Emergence and genomic characterization of a carbapenem- and colistin-resistant Enterobacter chengduensis isolate carrying blaNDM-1 in Northeast China

Stellen Sie sich die mikroskopische Welt in unserem Körper wie eine geschäftige, überfüllte Stadt vor. In dieser Stadt leben viele verschiedene Arten von Bakterien in Stadtvierteln wie dem Darm oder der Lunge. Meistens sind diese Bakterien harmlose Mitbewohner. Aber manchmal werden einige zu Unruhestiftern, die Infektionen verursachen, die schwer zu behandeln sind. Jahrzehntelang verfügten Ärzte über eine „Superwaffe“ in ihrem Arsenal, die Carbapeneme – eine starke Art von Antibiotikum, das eingesetzt wird, wenn andere Medikamente versagen. Doch genau wie in einer Partie Schach lernen die Bakterien, diesen Zügen entgegenzuwirken. Sie entwickeln sich zu „Superbugs“, die in der Lage sind, diese Medikamente einfach abzustreifen. Noch besorgniserregender ist, dass einige dieser Superbugs lernen, eine zweite Verteidigungslinie namens Colistin zu ignorieren, das oft die allerletzte Instanz für Ärzte ist. Wenn ein Bakterium gegen beides resistent wird, ist das wie ein Krimineller, der einen Weg gefunden hat, jedes Schloss in der Stadt zu knacken, und die Polizei ohne Schlüssel zurücklässt. Dies ist das gefährliche Gebiet, das Wissenschaftler zu kartieren versuchen: herauszufinden, wie genau sich diese Bakterien verändern, wo sie sich verstecken und welche Werkzeuge sie benutzen, um zu überleben.

In dieser Studie entdeckten Forscher eines Krankenhauses in Nordostchina eine neue Art von bakteriellen Unruhestiftern, die es in dieser Region zuvor noch nie gegeben hatte. Sie fanden einen Stamm eines Bakteriums namens Enterobacter chengduensis (nennen wir ihn „Chengdu“) im Atemtrakt eines Patienten. Obwohl diese Spezies erstmals im Jahr 2015 identifiziert wurde, ist sie im Vergleich zu ihren berühmteren Verwandten noch ein wenig rätselhaft. Das Team nutte ein Hightech-Mikroskop namens Ganzgenom-Sequenzierung, um die gesamte Bedienungsanleitung (seine DNA) des Bakteriums zu lesen. Sie fanden heraus, dass dieses spezifische Chengdu-Bakterium ein „Superspion“ war, der eine gefährliche Waffe trug: ein Gen namens blaNDM-1. Dieses Gen wirkt wie eine molekulare Schere, die Carbapenem-Antibiotika zerschneiden und zerstören kann. Noch überraschender war, dass dieses Bakterium auch resistent gegen Colistin, das Reserveantibiotikum, war, obwohl die Forscher nicht die üblichen „Schlossknacker“-Gene finden konnten, die normalerweise diese Resistenz verursachen.

Die Wissenschaftler ordneten dieses spezifische Bakterium einer Familiengruppe namens ST414 zu. Als sie seine DNA mit anderen Bakterien aus der ganzen Welt verglichen, stellten sie fest, dass es eng mit Stämmen aus anderen Teilen Chinas verwandt war, was darauf hindeutet, dass es lokal gereist oder entstanden ist. Das Bakterium war ein Meister der Verkleidung und trug 15 verschiedene Gene, die ihm halfen, gegen verschiedene Antibiotika resistent zu sein, einschließlich derer, die gegen Magen-Darm-Erkrankungen und Schmerzmittel eingesetzt werden. Es war jedoch nicht unbesiegbar. Die Forscher testeten es gegen eine neue Generation von Medikamenten und fanden heraus, dass es gegen einige spezifische Arzneimittel immer noch anfällig war, darunter ein Medikament namens Cefiderocol und eine Kombination aus Aztreonam und Avibactam. Es war auch weiterhin empfindlich gegenüber Amikacin und Tigecyclin.

Einer der interessantesten Teile der Geschichte ist, wie das Bakterium resistent gegen Colistin wurde. Normalerweise tragen Bakterien ein spezifisches Gen (wie mcr), das als Schild gegen Colistin fungiert. Doch als die Wissenschaftler die DNA des Chengdu-Bakteriums untersuchten, fehlte dieser Schild. Sie prüften auch die üblichen Verdächtigen für andere Arten der Resistenz und fanden nichts. Dies deutet darauf hin, dass das Bakterium vielleicht einen geheimen, verborgenen Trick anwendet – vielleicht eine Änderung in der Art und Weise, wie es seine eigene interne Maschinerie steuert – den die Wissenschaftler noch nicht vollständig entschlüsselt haben. Sie vermuten, dass das gefährliche blaNDM-1-Gen auf einem kleinen, kreisförmigen Stück DNA, einem Plasmid, reitet, das wie ein USB-Stick fungiert, den Bakterien untereinander austauschen können, um ihre „Superkräfte“ zu teilen. Da die DNA jedoch so repetitiv und chaotisch war, konnten die Wissenschaftler diesen ganzen USB-Stick noch nicht klar sehen; sie wussten nur, dass die gefährliche Datei vorhanden war.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass dieses Bakterium zwar ein harter Gegner ist, aber den Krieg noch nicht gewonnen hat. Es ist gegenüber einigen Schlüsselmedikamenten immer noch empfindlich, was den Ärzten eine Chance zur Bekämpfung gibt. Die Forscher warnen davor, dass dieses Bakterium sowohl beim Menschen als auch in der Umwelt vorkommen kann und daher auf Wegen verbreitet werden könnte, die wir noch nicht vollständig verstehen. Sie schlagen vor, dass wir diese Bakterien in Krankenhäusern und in der Umwelt sehr genau im Auge behalten müssen, um zu verhindern, dass sie zu einem größeren Problem werden. Diese Entdeckung fügt unserem Verständnis darüber, wie sich diese mikroskopischen Städte entwickeln, ein neues Kapitel hinzu und erinnert uns daran, dass der Kampf gegen Superbugs ein fortlaufendes Rennen zwischen Wissenschaft und Natur ist.