Mit Sauerstoff aufwecken und abtöten

Tatsächlich konnten die Forscher das erste in einem Biofilm funktionierende Toxin-Antitoxin-System identifizieren und beschreiben. Sie stellten fest, dass es von Sauerstoff abhängig ist – ebenfalls ein Novum. Ihre Erkenntnisse publizierten die Wissenschaftler vom NMR Laboratory der Universität Barcelona, die die Charakterisierung auf molekularer und atomarer Ebene durchgeführt haben, in „Nature Communications“.

Bei Untersuchung des Kolibakteriums fanden sie heraus, dass die Struktur des Antitoxins Kanäle aufweist, die gerade ausreichend groß sind, um für Sauerstoff durchlässig zu sein, und dass die Funktion des Antitoxins hiervon abhängig ist. Im Toxin-Antitoxin-System „Hha-TomB“ neutralisiert das Antitoxin TomB das Toxin Hha durch Oxidation, um das Bakterium aufzuwecken.

Damit könnten solche „schlafenden Bakterien“ möglicherweise auch durch eine zusätzliche Sauerstoffzufuhr von außen reaktiviert und für Antibiotika anfällig gemacht werden, nahmen sie an. Das klappte auch. In den Untersuchungen reichte bereits zehnprozentiger Sauerstoff aus, um die Bakterien an den Rändern des Biofilms zu aktivieren. Damit könnte der Biofilm aufgebrochen und aufgelöst werden, sodass auch die Bakterien im Inneren nicht mehr geschützt sind.

Die Biofilme knacken

Während frei schwimmende Bakterien in der Regel durch Antikörper oder Antibiotika leicht und gezielt attackiert werden können, sind Bakterien, die Biofilme bilden, schwerer abzutöten. Biofilme gehören zu den wichtigsten Faktoren für das drängende Problem der Antibiotika-Resistenz, denn sie sind an achtzig Prozent aller menschlichen Infektionen beteiligt. Wood weist deshalb auf die Bedeutung dieses Ergebnisses für die Entwicklung potenterer Antibiotika hin. „Wir gehen davon aus, dass solche Systeme für die Physiologie aller Bakterien grundlegend sind und versprechen uns damit einen Einblick, auf welche Weise sie die Antibiotika überleben können. Wenn wir das Toxin-Antitoxin-System auf molekularer oder atomarer Ebene verstehen, können wir bessere Antibiotika entwickeln“, so hofft er.