Evolution im Mini-Format

Das in der Umwelt weit verbreitete Bakterium Pseudomonas aeruginosa ist für gesunde Menschen in der Regel harmlos. Doch bei geschwächtem Immunsystem kann es schwere akute Infektionen auslösen, so dass das Bakterium zu einem der bedeutendsten Krankenhauskeime zählt.

Wenn es die Atemwege von Patienten mit der angeborenen Stoffwechselerkrankung Mukoviszidose besiedelt – wie es bei 80 Prozent der jugendlichen und erwachsenen Betroffenen der Fall ist – führt dies zu chronischen Infektionen, stark geschädigtem Lungengewebe und verminderter Lungenfunktion.

Die Behandlung wird umso schwieriger, je erfolgreicher sich das Bakterium an die Lunge anpasst. Im Laufe der zum Teil über Jahrzehnte andauernden chronischen Infektion erfolgt dabei auch eine Evolution von Pseudomonas aeruginosa in der Lunge.

Ein Forscherteam der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) hat nun diese bakterielle Evolution über Zeiträume von bis zu 30 Jahren analysiert. Dazu hat es die Erbinformationen (Genome) von Pseudomonas-Isolaten sequenziert, also von Populationen, die in den Lungen leben.

Die Isolate stammen aus einer einmaligen, inzwischen rund 6.000 Bakterienstämme umfassenden Sammlung, die in Zusammenarbeit mit dem MHH-Institut für Medizinische Mikrobiologie entstanden ist. Dazu sind seit 1983 kontinuierlich Atemwegsisolate von Mukoviszidose-Patienten der MHH zusammengetragen worden.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entdeckten, dass sich die Bakterien je nach Schwere der Lungenfunktion anders entwickeln: „Bei den schwer erkrankten Patienten setzte sich ein einziger Pseudomonas-Stamm durch, wohingegen die Bakterien in den Lungen der weniger betroffenen Patienten ständig neue überlebensfähige Varianten bildeten“, sagt Professor Dr. Burkhard Tümmler aus der MHH-Klinik für Pädiatrische Pneumologie, Allergologie und Neonatologie. Zudem scheint es unterschiedliche Evolutionsmechanismen zu geben: Die Bakterien der schwer erkrankten Patienten wiesen viel drastischere Änderungen im Erbmaterial auf als die Bakterien der nur mild erkrankten Patienten.

„Mit Hilfe dieser Kenntnis über die Entwicklung der Bakterien kann künftig die Behandlung besser individuell auf jeden einzelnen Patienten abgestimmt werden“, sagt Professor Tümmler.

Die wissenschaftliche Fachzeitschrift American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology veröffentlichte die Ergebnisse des Teams, zu dem Dr. Nina Cramer, Dr. Jens Klockgether und Dr. Sebastian Fischer gehören. Gefördert wurde das Projekt durch den Sonderforschungsbereich 900 „Chronische Infektionen: Mikrobielle Persistenz und ihre Kontrolle“.

Weitere Informationen erhalten Sie bei Professor Dr. Burkhard Tuemmler, tuemmler.burkhard@mh-hannover.de, Telefon (0511) 532-2920.
Die Originalpublikation finden Sie im Internet unter folgendem Link: https://www.atsjournals.org/doi/full/10.1165/rcmb.2017-0356OC

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