In Labortests hemmt Zink aus der Nahrung die Übertragung von AMR-Genen

Gene, die für Antibiotikaresistenzen (AMR) verantwortlich sind, können sich über zirkuläres genetisches Material, sogenannte Plasmide, von Mikrobe zu Mikrobe ausbreiten. Dieser laterale Transfer findet im Darm statt. Forscher aus Iowa berichten in der Zeitschrift Applied and Environmental Microbiology, dass die Übertragung einiger AMR-Plasmide durch eine leicht verfügbare Quelle – Zinkpräparate aus der Nahrung – gehemmt werden kann.

AMR-Infektionen

„Dies ist das erste Mal, dass wir herausgefunden haben, dass Zink den Prozess des Plasmidtransfers hemmt, und bei niedrigeren Konzentrationen hat es nur minimale Auswirkungen auf Bakterien“, sagte die Mikrobiologin und leitende Autorin der Studie, Dr. Melha Mellata, von der Iowa State University. Das sei wichtig, denn das Abtöten von Darmbakterien könnte das Mikrobiom stören, was sich nachteilig auf die Gesundheit einer Person auswirken könnte. Wenn man jedoch nur den Plasmidtransfer verhindert, lässt sich die Ausbreitung der Antibiotikaresistenz laut den Forschern verringern.

AMR-Infektionen stellen ein wachsendes Problem dar. Jedes Jahr werden bei Millionen von Menschen AMR-Infektionen diagnostiziert und 35.000 Menschen sterben daran, so die Centers for Disease Control and Prevention. Wenn Bakterien AMR-Gene übertragen, so Mellata, übertragen sie oft Resistenzen gegen mehrere Medikamente, was bedeutet, dass eine Person möglicherweise bereits eine resistente Infektion hat, bevor sie Antibiotika erhält. Die Übertragung von Plasmiden zu stoppen, könnte dazu beitragen, die Ausbreitung von AMR-Genen zu verlangsamen.

Die Forscher in Mellatas Labor haben untersucht, wie die Gesundheit des Darmmikrobioms mit der allgemeinen Gesundheit zusammenhängt. In einer kürzlich durchgeführten Studie stellten sie jedoch fest, dass die Enterobacteriaceae-Bakterien im Darm von Hühnern weniger Plasmide aufwiesen, wenn sowohl Probiotika als auch ein Lebendimpfstoff gegen Salmonellen oral verabreicht wurden. Diese Beobachtung, so Mellata, veranlasste sie, andere orale Behandlungen zu testen, um den Plasmidtransfer zu hemmen.

Logan Ott, ein Forscher in Mellatas Labor, leitete die Arbeit an der Studie. Er und ein Team von Bachelor-Studenten sammelten leicht verfügbare Nahrungsergänzungsmittel, um ihre potenzielle Fähigkeit zur Hemmung des Plasmidtransfers zu testen. Sie lösten die Produkte in einer Testlösung auf und führten dann Hunderte von Reaktionen durch, bei denen aviäre pathogene Escherichia coli, die ein multiresistentes Plasmid enthielten, mit einem plasmidfreien menschlichen E. coli-Isolat konjugiert wurden.

Die Rolle von Zink

Sie stellten fest, dass die Plasmidübertragung bei Bakterienstämmen, die mit Zink angereichert waren, im Vergleich zu Bakterienstämmen ohne Zink stark zurückging. Darüber hinaus korrelierten höhere Zinkdosen mit niedrigeren Plasmidübertragungsraten. Diese Beobachtungen waren vielversprechend, so Ott, aber auch ein wenig rätselhaft. In früheren Studien war beobachtet worden, dass Schwermetalle den Konjugationsprozess auslösen können, der zum Plasmidtransfer führt. Die Gruppe untersuchte dann mithilfe der qPCR genauer, wie sich das Zink auf den Prozess auf Genebene auswirkt.

Die Forscher haben einige ziemlich einzigartige Mechanismen gefunden, wie Zink tatsächlich diese Hemmung auslösen könnte. Ihre Analyse zeigte, dass Zink die Überexpression von Replikationsgenen induzierte – so stark, dass es den Prozess wahrscheinlich überlastete und hemmte. Sie fanden auch heraus, dass Zink zwar die für die Konjugation verantwortlichen Gene zu fördern schien, das Mineral jedoch bestimmte Proteine hemmte, die für den Aufbau der bei der Konjugation verwendeten bakteriellen Strukturen erforderlich waren. Infolgedessen wurde der gesamte Übertragungsprozess behindert.

Zu den nächsten Schritten, so Mellata, gehören die Untersuchung der Übertragung von Plasmiden mit anderen AMR-Genen und Experimente mit Tiermodellen, um zu sehen, ob die Laborergebnisse auch in vivo Bestand haben. Ott merkte an, dass das Verständnis der Wissenschaftler darüber, wie Bakterien im Darm interagieren und Gene teilen, noch unzureichend ist, und dass zukünftige Studien dazu beitragen könnten, einige dieser Mechanismen aufzuklären. Mellata ist besonders ermutigt, dass ein so kostengünstiges und leicht verfügbares Nahrungsergänzungsmittel – Zink – eine Rolle bei der Bekämpfung einer neu auftretenden Bedrohung spielen könnte.