Isolation of Penicillin resistant Staphylococcus aureus (PRSA) from sewage water and testing for Antibiotic susceptibility with protein synthesis inhibitor antimicrobials

In der verborgenen Welt des mikroskopischen Lebens passen sich Bakterien ständig an und lernen, mit genau den Chemikalien zu überleben, die Menschen einsetzen, um sie zu stoppen. Eines der beständigsten und anpassungsfähigsten dieser Mikroben ist Staphylococcus aureus, ein gewöhnliches Bakterium, das alles von leichten Hautinfektionen bis hin zu lebensbedrohlichen Erkrankungen verursachen kann. Jahrzehntelang haben Ärzte sich verlassen, um diese Infektionen mit einer Klasse von Medikamenten namens Penicillin zu bekämpfen, aber die Bakterien haben zurückgeschlagen, indem sie ein Enzym produzieren, das das Medikament zerstört und es nutzlos macht. Dieser Resistenz hat Wissenschaftler dazu gezwungen, über die Krankenhausmauern hinauszublicken und zu suchen, wo diese zähen Bakterien leben und wie sie sich zwischen der Umwelt und Menschen bewegen. Abwassersysteme, die Abfälle aus Haushalten, Krankenhäusern und Industrien transportieren, fungieren als eine riesige Mischschüssel, in der verschiedene Stämme von Bakterien aufeinandertreffen, Überlebensstrategien austauschen und sich entwickeln. Das Verständnis dessen, was in diesem Abwasser lebt, ist entscheidend, da es offenbart, wie sich Resistenzen verbreiten, und hilft zu identifizieren, welche Medikamente noch funktionieren könnten, wenn die alten versagen.

Forscher der Mohan Babu University beschlossen, dieses verborgene Reservoir zu untersuchen, indem sie eine Probe aus Abwasser nahmen und nach diesen resistenten Bakterien suchten. Sie suchten nicht nach dem berühmtesten resistenten Stamm, bekannt als MRSA, sondern vielmehr nach einer etwas anderen Version: Staphylococcus aureus, der gegen Penicillin resistent geworden war, aber noch nicht gegen eine spezifische Gruppe anderer Medikamente getestet worden war. Das Team isolierte die Bakterien aus dem schmutzigen Wasser und bestätigte ihre Identität mittels standardmäßiger Labormethoden, einschließlich eines Tests, der prüft, wie die Bakterien auf Wasserstoffperoxid reagieren, sowie einer mikroskopischen Untersuchung ihrer Form und Farbe nach der Färbung. Sie fanden runde, traubenförmige Bakteriencluster, die tatsächlich Staphylococcus aureus waren, und sie fanden auch ein anderes, stäbchenförmiges Bakterium namens Bacillus subtilis.

Nachdem sie ihre Reinkulturen gewonnen hatten, führten die Wissenschaftler einen einfachen, aber aufschlussreichen Test durch, um zu sehen, welche Antibiotika das Wachstum der Bakterien noch stoppen konnten. Sie platzierten kleine Papierscheiben, die mit verschiedenen Medikamenten getränkt waren, auf Platten, die mit den Bakterien bedeckt waren, und beobachteten, ob sich ein klarer Kreis um die Scheibe bildete, was darauf hindeutete, dass das Medikament die Bakterien in der Nähe abgetötet hatte. Wie erwartet zeigten die Penicillin-Scheiben keinerlei Wirkung; die Bakterien wuchsen direkt bis an den Rand der Scheibe heran, was bestätigte, dass dieser Stamm vollständig resistent gegen Penicillin ist. Die Forscher testeten die Bakterien dann gegen eine andere Familie von Medikamenten, die als Proteinsynthesehemmer bekannt sind. Dies sind Medikamente, die die Bakterien daran hindern, die Proteine aufzubauen, die sie zum Überleben benötigen, indem sie an einem anderen Teil der Zelle ansetzen als Penicillin. Die spezifisch getesteten Medikamente waren Streptomycin, Amikacin, Tetracyclin und Chloramphenicol.

Die Ergebnisse zeigten ein klares Muster von Überleben und Verletzlichkeit. Während die Bakterien immun gegen Penicillin waren, blieben sie gegenüber den Proteinsynthesehemmern empfindlich, wenngleich die Stärke dieser Empfindlichkeit variierte. Bei der Exposition gegenüber Streptomycin zeigten die Bakterien einen Hemmhof von 1,2 Zentimetern, was ihre Empfindlichkeit bestätigte. Chloramphenicol erzeugte eine klare Zone von 0,9 Zentimetern, und Amikacin zeigte eine Zone von 0,7 Zentimetern. Tetracyclin erzeugte eine Zone von 0,25 Zentimetern; die Studie bestätigt jedoch ausdrücklich, dass diese PRSA-Isolate gegenüber Antibiotika aus der Gruppe der Proteinsynthesehemmer resistent bleiben, einschließlich Tetracyclin, trotz der kleineren Zonengröße. Im Gegensatz dazu war das im gleichen Sample gefundene stäbchenförmige Bacillus subtilis gegenüber Tetracyclin empfindlich. Die Studie bestätigte, dass die PRSA-Isolate gegenüber Proteinsynthesehemmer-Antibiotika, einschließlich Streptomycin, Amikacin, Chloramphenicol und Tetracyclin, empfindlich blieben.

Diese Arbeit verdeutlicht, dass Abwasser ein potentes Reservoir für penicillinresistentes Staphylococcus aureus ist, einen Stamm, der in der Umwelt zirkuliert und ein Risiko für die öffentliche Gesundheit darstellt. Die Ergebnisse legen nahe, dass diese Bakterien zwar die Verteidigung gegen Penicillin gemeistert haben, aber noch nicht das gleiche Maß an Resistenz gegen die getesteten Proteinsynthesehemmer entwickelt haben. Dies ist signifikant, da es auf potenzielle alternative Behandlungen für Infektionen hindeutet, die durch diese Umweltstämme verursacht werden. Die Forscher betonen, dass die Ergebnisse zwar vielversprechend sind, aber auf die spezifisch getesteten Antibiotika und die geringe Anzahl an Proben begrenzt sind. Sie merken an, dass ein vollständiges Verständnis dessen, wie diese Bakterien resistent werden, weitere Studien erfordert, einschließlich genetischer Analysen, um genau zu sehen, welche Gene für die Resistenz verantwortlich sind. Für den Moment dient die Studie als Erinnerung daran, dass die Umwelt ein aktiver Akteur in der Evolution von Supererregern ist, und dass die Überwachung von Abwasser ein lebenswichtiges Frühwarnsystem für die Verbreitung von Antibiotikaresistenzen bietet.