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16 Antibiotikaresistenz
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Die Tatsache, dass Bakterien gegen Antibiotika resistent werden können, wird oft als beobachtbares Beispiel für Evolution angesehen. Allerdings haben Mutationen, die zu einer Antibiotika Resistenz führen, in der Regel einen Verlust von Information im Genom zur Folge. In den allermeisten Fällen wird nur eine einzige Base im Genom verändert, die es einem bestimmten Bakterium unmöglich macht, sich im Körper des Wirtes festzusetzen. Dabei ist es zu keiner Zunahme von codierter Information im Genom gekommen.
In einer ausreichend grossen Population können antibiotikaresistente Mutanten auf antibiotikahaltigen Nährmedien besonders leicht nachgewiesen werden. Antibiotikaresistente Zellen liegen allerdings schon vor Einwirkung des Antibiotikums vor. Das Antibiotikum selbst übt lediglich eine Selektionsfunktion aus. Der Replikatest nach Lederberg (Wachstum trotz Antibiotikum) liefert dafür einen direkten Beweis.
Ein Auszug aus "Evolution, ein kritisches Lehrbuch" (1):
"Zum Verständnis der Resistenzbildung auf molekularer Ebene sollen hier zuerst Antibiotika betrachtet werden, die durch Bindung an ribosomale Proteine die Proteinsynthese hemmen. Die Resistenz gegen das Antibiotikum Spektinomycin hängt mit der Struktur des S5-Proteins der kleinen Ribosomen-Untereinheit zusammen. Dort bindet das Antibiotikum. Eine Mutation führt zum Austausch der Aminosäure Serin gegen Prolin an einer bestimmten Stelle des S5-Proteins. Dieser Austausch hat eine Veränderung der Raumstruktur des Proteins zur Folge, von der auch die Bindungsstelle für Spektinomycin betroffen ist. Dadurch kann das Antibiotikum nicht mehr am S5-Protein ´angreifen´, das Bakterium ist resistent geworden.
Eine weitere Möglichkeit der Ausbildung einer Resistenz, z.B. gegen Chloramphenicol, besteht in der Entgiftung durch Acetylierung (Anbindung eines Essigsäurerestes). Sie erfolgt durch das Enzym Chloramphenicol-Acetyltransferase (CAT) und ist auf Genduplikation zurückzuführen.
Es ist verständlich, dass Bakterien über Mechanismen zum Abbau von Antibiotika verfügen, denn Pilze produzieren natürlicherweise Antibiotika, um sie zur ´Verteidigung´ gegen Bakterien einzusetzen."
Die Penicillinsynthese (2):
Die Entdeckung der Penicillinsynthese durch den Pinselschimmel Penicillium ist ein berühmtes Beispiel. Penicillin hemmt die Zellwandsynthese der Bakterien und wird von resistenten Stämmen durch "Penicillinasen" (beta-Lactamasen) gespalten und somit unschädlich gemacht. Das Gen für dieses Enzym ist häufig auf Plasmiden lokalisiert. Eine wichtige Klasse von Antibiotikaresistenzen beruht auf dem Neuerwerb von Genen durch Plasmidaufnahme (horizontaler Gentransfer).
Es kann kein Zweifel daran bestehen, dass der Erwerb einer Antibiotikaresistenz ein mikroevolutionärer Vorgang mit selektionspositiver Wirkung ist, wenn die Bakterien Antibiotika als Selektionsfaktor ausgesetzt sind.
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(1) Junker und Scherer, Evolution - ein kritisches Lehrbuch, Weyel Verlag, 2006, S. 142.
(2) Ref. (1), S. 143.
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