Donnerstag, März 28, 2024

Multiresistenter Erreger Staphylococcus aureus in der Nase

Staphylococcus aureus – ein oft multiresistenter Erreger – kommt bei 20 bis 30% der Menschen als natürlicher Begleiter hauptsächlich in der Nasen vor.

Bei 20 bis 30 Prozent der Menschen ist Staphylococcus aureus als natürlicher Begleiter vor allem in der Nase anzutreffen. Wobei das Bakterium auch als multiresistenter Erreger von Wundinfektionen bekannt ist.

Um das Verhalten von Staphylococcus aureus in dieser Umweltnische besser zu verstehen, führten Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig unlängst eine sogenannte Transkriptom-Studie durch. Das bezeichnet eine Analyse aller aktiven Gene in der Zelle.



Das Ergebnis ergab, dass das Bakterium eine sehr gute Stressanpassung zeigt. Und zwar, indem es seinen Stoffwechsel adaptiert. Dadurch ist Staphylococcus aureus in der Lage, seine Zellwandzusammensetzung zu verändern oder niedermolekulare organische Verbindungen aufzunehmen oder zu synthetisieren und dadurch erhöhte Salzkonzentrationen in der Nase zu überleben.

 

Genetische Analysen von Staphylococcus aureus in der Nase des Wirts sollen zukünftig die Behandlung der Symptome verbessern!

Die Erkenntnisse aus den genetischen Analysen des Keims im Wirt und die Gemeinsamkeiten zwischen unterschiedlichen Stapyhlococcus aureus-Arten könnten zukünftig dabei helfen, multiresistente Krankheitserreger in der Nase von Patienten in Krankenhäusern zu bekämpfen. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler im Fachjournal Scientific Reports veröffentlicht.

 

Multiresistenter Erreger Staphylococcus aureus in der Nase

Unsere Nasenhöhle ist natürlicherweise durch eine Vielzahl von Mikroorganismen besiedelt, deren Interaktionen untereinander und mit dem menschlichen Wirt von bisher unverstandener Komplexität und Dynamik sind. Bekannt als gefürchteter, multiresistenter Erreger kann Staphylococcus aureus in der Nasenhöhle schwere Infektionen auslösen.

Auch wenn das Vorhandensein von Staphylococcus aureus in der Nase meist ohne Symptome verläuft, soe spielt die Besiedelung der Nase dennoch eine wichtige Rolle. Denn es ist eine kritische Infektionsquelle in der Bevölkerung und in Krankenhäusern.

 

Gefahr MRSA-Bakterien

Und sehr gefährlich kann es dann werden, wenn der Erreger in offene Wunden eindringt. Seit einigen Jahren wird es zunehmend zum Problem, weil immer häufiger MRSA-Bakterien auftreten – methicillin-resistente Staphylococcus aureus-Stämme, gegen die viele gängige Antibiotika unwirksam sind.

Der Grund für das gehäufte Auftreten dieser MRSA-Keime ist bisher noch unklar und kann nach Ansicht der Forscher nicht allein mit dem Selektionsdruck durch Antibiotika erklärt werden.



Die Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung versuchten, mit modernsten Sequenziermethoden und umfangreichen bioinformatischen Analysen aufzuklären, wie sich Staphylococcus aureus in seiner ökologischen Nische, der Nase mit ihren Umweltbedingungen und der mikrobiellen Nachbarschaft, durchsetzt.

 

Multiresistenter Erreger von Wundinfektionen

Staphylococcus aureus gehört als Erreger von Wundinfektionen beim Menschen zu den meist studierten bakteriellen Arten. Zahlreiche Forscher haben sein Verhalten unter Laborbedingungen, in vitro, schon im Detail untersucht.

Mit dem Aufkommen der Sequenzierung im Hochdurchsatz steigt aber auch das Interesse daran, den Keim in vivo, also sein Verhalten im Menschen, zu erforschen.

Die aktuelle Sequenziertechnik ermöglicht es unter anderem, die gesamte mRNA, also die Abschriften aller aktiven Gene, von Staphylococcus zu analysieren und so zum Beispiel Rückschlüsse auf den Stoffwechsel der Bakterien in der menschlichen Nase zu ziehen.

Um besser versteht die Forschung, wie Staphylococcus aureus in seiner ökologischen Nische überlebt. Dazu gehört, dass man den Keim im lebenden Wirt analysiert.

Das ist im Labor nur begrenzt möglich, weil man die natürliche Umgebung in der Nase und die Interaktionen zwischen Staphylococcus aureus und seinem menschlichen Wirt nicht exakt simulieren kann.



Zudem vernachlässige der Laborversuch die komplexe Bakteriengemeinschaft, die in der Nase lebt, dort um die Nährstoffe konkurriert und mit Staphylococcus aureus interagiert.

Erste Experimente mit bioinformatischer Auswertung auf Transkriptomebene zeigten jedenfalls, dass sich das Verhalten von Staphylococcus aureus signifikant von dem in vitro beobachteten Verhalten unterscheidet.

 

Studie mit drei Probanden

Für die Pilotstudie entnahmen die Wissenschaftler drei freiwilligen Personen, die Träger des Keims sind, zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten Proben aus den vorderen Nasenhöhlen.

Es war eine sehr große Herausforderung, genug Probenmaterial für eine ausreichend gute RNA-Sequenzierung aus der Nase zu bekommen, da man viel mehr menschliche Zellen als Bakterien isoliert.

Außerdem mussten für diese ersten Versuche bioinformatische Methoden weiterentwickelt werden, um eindeutig zwischen Staphylococcus aureus und anderen Staphylococcus-Stämmen in der Nase unterscheiden zu können. Erste Trends waren aus diesen Analysen schon sehr gut erkennbar.

Um einen Überblick über das Verhalten und die Interaktionen von Staphylococcus aureus in der menschlichen Nase zu erhalten, analysierten die Wissenschaftler die Expression sämtlicher ca. 3000 S. aureus-Gene. Die dabei erhaltenen Transkriptomprofile wurden mit denen von S. aureus-Stämmen, die unter Laborbedingungen kultiviert wurden, verglichen.



 

Clevere Anpassungsstrategien, neue Erkenntnisse

Die Resultate enthüllten sehr clevere Anpassungsstrategien des Keims an seine ökologische Nische in der menschlichen Nase.

Das innere Milieu der Nase ist feucht, salzig und ein sehr stressreiches Milieu für Mikroorganismen. Staphylococcus aureus hat sich an diese Umweltnische angepasst. Der Keim zeigt eine sehr gute Stressanpassung, indem er seinen biosynthetischen Stoffwechsel adaptiert.

Dadurch ist das Bakterium in der Lage, seine Zellwandzusammensetzung zu verändern oder sogenannte „kompatible Solute“ aufzunehmen oder zu synthetisieren. Das sind kleine organische Moleküle, die der Zelle helfen können, den osmotischen Stress zu überwinden.

Durch die Analyse der allgemeinen Genexpressionsmuster und der Gemeinsamkeiten zwischen den Staphylococcus aureus-Stämmen in unterschiedlichen menschlichen Wirten können die Wissenschaftler heut spezielle Erkenntnisse gewinnen, um solche Organismen in der Nase zu bekämpfen. Die Wirtsumgebung in der menschlichen Nase hat einen starken Einfluss auf die exprimierten Gene.

Um sowohl die Besiedlung und die Balance zwischen opportunistischen Krankheitserregern und harmlosen Begleitern als auch Infektionsprozesse besser zu verstehen, sind weitere in vivo-Studien mit mehr Probanden nötig.




Literatur:

Chaves-Moreno, D. et al. Exploring the transcriptome of Staphylococcus aureus in its
natural niche. Sci. Rep. 6, 33174; doi: 10.1038/srep33174 (2016). Link: www.nature.com/articles/srep33174


Quelle: Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

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