A novel chromosomally encoded OXA-12-like β-lactamase variant (bla OXA-1433 ) in a new Aeromonas veronii sequence type (ST3591) from ready-to-eat oysters

Bakterien sind Meister der Anpassung und entwickeln ständig neue Wege, um in wechselnden Umgebungen zu überleben. Eines ihrer mächtigsten Überlebenswerkzeuge ist die Fähigkeit, Resistenzen gegen Antibiotika aufzubauen – jene Medikamente, die dazu bestimmt sind, sie zu töten. Diese Resistenz ist nicht nur ein Problem, das in Krankenhäusern auftritt; sie zirkuliert frei in Flüssen, Ozeanen und in den Lebensmitteln, die wir essen. Meeresfrüchte, insbesondere Schalentiere wie Austern, leben an der Schnittstelle zwischen der natürlichen Welt und dem menschlichen Verzehr. Da Austern riesige Mengen Wasser filtern, um sich zu ernähren, können sie Bakterien und genetisches Material aus ihrer Umgebung konzentrieren. Dies macht sie zu einem entscheidenden Fenster, um zu verstehen, wie Resistenzgene durch die Umwelt wandern und potenziell den Menschen erreichen können. Wissenschaftler sind zunehmend daran interessiert, die in verzehrfertigen Meeresfrüchten vorkommenden Bakterien zu untersuchen – nicht nur, um die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten, sondern auch, um die natürliche Evolution dieser mikroskopischen Verteidiger zu verfolgen, bevor sie zu einer Bedrohung für die menschliche Gesundheit werden.

In einer kürzlich durchgeführten Studie untersuchten Forscher verzehrfertige Austern aus einer kommerziellen Quelle in Florianópolis, Brasilien, um zu sehen, welche Bakterien sie in sich tragen. Unter den Proben fanden sie eine spezifische Art von Bakterium namens Aeromonas veronii. Obwohl dieses Bakterium in aquatischen Umgebungen häufig vorkommt, war das in diesen Austern gefundene Exemplar ungewöhnlich. Es gehörte zu einer bisher unbekannten genetischen Familie oder einem Sequenztyp, den die Forscher als ST3591 bezeichneten. Noch wichtiger war, dass dieser spezifische Stamm eine Resistenz gegen eine leistungsstarke Klasse von Antibiotika aufwies, die als Carbapeneme bekannt sind. Diese Medikamente werden oft als „letzte Rettung“ bei der Behandlung schwerer Infektionen betrachtet, weshalb der Fund eines Bakteriums, das in Lebensmitteln in der Lage ist, diesen zu widerstehen, von großer Bedeutung ist. Das Team setzte sich zum Ziel, genau zu verstehen, wie dieses Bakterium diese Resistenz erreichte und woher die genetischen Anweisungen dafür stammten.

Um dieses Rätsel zu lösen, nutzten die Wissenschaftler fortschrittliche Gensequenzierung, um das gesamte Handbuch, oder Genom, des Bakteriums zu lesen. Sie kombinierten zwei verschiedene Sequenzierungstechnologien, um sicherzustellen, dass sie jedes Detail der DNA des Organismus erfassten. Diese hochwertige genetische Karte ermöglichte es ihnen, die spezifischen Gene zu identieren, die für die Antibiotikaresistenz verantwortlich sind. Sie entdeckten, dass das Bakterium eine neue Version eines Gens namens blaOXA-1433 trug. Dieses Gen produziert ein Enzym, eine Art Protein, das wie eine molekulare Schere wirkt und in der Lage ist, Carbapenem-Antibiotika aufzuschneiden und zu zerstören. Die Forscher nannten diese neue Enzymvariante OXA-1433. Sie ist ein enger Verwandter eines bekannten Enzyms namens OXA-12, mit dem sie fast 90 Prozent ihrer Aminosäure-Bausteine teilt, unterscheidet sich jedoch an 13 spezifischen Stellen. Trotz dieser kleinen Unterschiede behielt das neue Enzym die wesentlichen strukturellen Merkmale bei, die erforderlich sind, um als Carbapenemase zu fungieren und das Medikament effektiv zu neutralisieren.

Die Studie ging über die bloße Identifizierung des Gens hinaus; sie untersuchte, wo dieses Gen innerhalb der DNA des Bakteriums lebte und ob es leicht zu anderen Bakterien springen konnte. Die Forscher fanden heraus, dass das blaOXA-1433-Gen direkt in das Hauptchromosom des Bakteriums eingebettet war, die zentrale Bibliothek seiner genetischen Informationen. Es war von stabilen, essenziellen Genen umgeben, die das Bakterium zum Überleben benötigt, wie etwa jene, die am Aufbau seiner Zellwand und der Energiegewinnung beteiligt sind. Entscheidend war, dass der Bereich um dieses Resistenzgen keine mobilen genetischen Elemente aufwies, wie etwa springende Gene oder Plasmide, die normalerweise helfen, Resistenzen schnell zwischen verschiedenen Bakterien zu verbreiten. Dies deutet darauf hin, dass die Resistenz ein intrinsisches, fest eingebautes Merkmal dieser spezifischen bakteriellen Linie ist und kein kürzlich erworbener Zug, der leicht weitergegeben werden könnte. Das Gen scheint ein stabiler Teil der evolutionären Geschichte des Bakteriums zu sein, der über die Zeit innerhalb dieser Gruppe von Wasserbakterien erhalten blieb.

Um zu bestätigen, dass dieses neue Gen tatsächlich die Ursache der Resistenz war, führte das Team Labortests durch. Sie setzten das Bakterium Imipenem, einem Typ von Carbapenem-Antibiotikum, aus und beobachteten, ob die Bakterien in der Lage waren, es abzubauen. Die Ergebnisse zeigten, dass das Bakterium das Antibiotikum erfolgreich hydrolysierte, oder also aufspaltete. Sie testeten auch, ob die Resistenz von Metallionen abhing, was ein Merkmal einer anderen Klasse von Resistenzenzymen ist. Der Test ergab, dass die Resistenz stark blieb, selbst wenn Metallionen blockiert wurden, was bestätigte, dass das OXA-1433-Enzym, welches nicht auf Metalle angewiesen ist, das aktive Agens war. Dieser Befund schloss die Möglichkeit aus, dass ein anderes Enzym, welches das Bakterium ebenfalls besaß und das Metalle zur Funktion benötigt, die primäre Ursache der Resistenz war.

Die Entdeckung dieses neuen Sequenztyps und seines einzigartigen Resistenzgens verdeutlicht die verborgene Vielfalt der Bakterien, die in unserer Lebensmittelversorgung leben. Die Forscher fanden heraus, dass dieser spezifische Aeromonas veronii-Stamm mit seiner neuen genetischen Identität und seiner stabilen, chromosomal kodierten Resistenz eine bisher unbekannte Kombination von Merkmalen in der Umwelt darstellt. Obwohl dieses spezielle Bakterium derzeit keine große Ursache für menschliche Krankheiten ist, dient seine Präsenz in verzehrfertigen Austern als Erinnerung daran, dass aquatische Ökosysteme dynamische Reservoire für genetische Innovation sind. Die Studie legt nahe, dass die Evolution der Antibiotikaresistenz ein fortlaufender natürlicher Prozess ist, der in der Nahrungskette stattfindet, angetrieben durch die ständige Anpassung der Bakterien an ihre Umgebung. Durch die Überwachung dieser Veränderungen in Meeresfrüchten können Wissenschaftler besser verstehen, wie Resistenzgene entstehen und stabil bleiben, was ein klareres Bild davon vermittelt, wie sich diese mikroskopischen Verteidiger entwickeln, noch bevor sie jemals auf einen menschlichen Patienten treffen.