Studie analysiert Mechanismen hinter bakterieller Resistenz gegen Silber-Nanopartikel
Antimikrobielle Mittel werden verwendet, um das Wachstum von Viren, Bakterien und anderen Mikroorganismen zu zerstören oder zu verlangsamen. Der unsachgemäße und übermäßige Einsatz antimikrobieller Mittel ist eine wesentliche Ursache für die antimikrobielle Resistenz. Silbernanopartikel sind eine Art von hochentwickeltem Material mit gut dokumentierten antimikrobiellen Eigenschaften.
Sie könnten in Form eines Zusatzstoffs, eines Antibiotikums zur Behandlung von Infektionen oder als Beschichtung kommerzieller Produkte zur Verhinderung von Keimen eingesetzt werden. Solche lebensrettenden Mittel sind wichtig für die Vermeidung und Behandlung von Infektionen bei Pflanzen, Tieren und Menschen. Sie stellen jedoch auch eine allgemeine Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar, wenn Mikroorganismen dazu neigen, eine Resistenz gegen sie zu entwickeln, was als antimikrobielle Resistenz bezeichnet wird.
Es wird in großem Umfang in kommerziellen Produkten verwendet, die eine verbesserte keimtötende Wirkung aufweisen - es wurde auf Zahnbürsten aufgetragen, in Textilien eingewebt und auch in Kosmetika als Konservierungsmittel eingesetzt.
An der Swanson School of Engineering der Universität Pittsburgh hat die Gilbertson-Gruppe die Laborstämme von E. coli verwendet, um die bakterielle Resistenz gegen Silber-Nanopartikel besser zu verstehen und einen möglichen Missbrauch dieses Materials zu verhindern. Kürzlich hat das Team die Ergebnisse der Studie in der Zeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht.
Stabryla setzte E. coli an 20 aufeinander folgenden Tagen Silbernanopartikeln aus und verfolgte das Wachstum der Bakterien über die Zeit. Nanopartikel sind im Vergleich zu einem Bakterium etwa 50 Mal kleiner.
Stabryla merkte an: "Zu Beginn konnten die Bakterien nur bei niedrigen Konzentrationen von Silbernanopartikeln überleben, aber im weiteren Verlauf des Experiments stellten wir fest, dass sie auch bei höheren Dosen überleben konnten. Interessanterweise stellten wir fest, dass die Bakterien eine Resistenz gegen die Silbernanopartikel entwickelten, nicht aber gegen die freigesetzten Silberionen allein."
Das Genom von E. coli, das Silbernanopartikeln ausgesetzt war, wurde von den Forschern sequenziert, und sie entdeckten eine Mutation in einem Gen, das zu einer Effluxpumpe passt, die Schwermetallionen aus der Zelle austreibt.
Außerdem untersuchte die Gruppe zwei verschiedene Arten von E. coli: einen hyper-motilen Stamm, der im Vergleich zu normal beweglichen Bakterien schneller durch seine Umgebung schwimmt, und einen nicht-motilen Stamm, der keine physischen Mittel zur Fortbewegung besitzt. Dabei wurde festgestellt, dass nur der hyper-motile Stamm dazu neigt, eine Resistenz zu entwickeln.
"Dieser Befund könnte darauf hindeuten, dass Silbernanopartikel eine gute Option für die Bekämpfung bestimmter Bakterientypen, insbesondere nicht-motiler Stämme, sein könnten", so Stabryla.
Letzten Endes wird es den Bakterien immer gelingen, sich weiterzuentwickeln und den antimikrobiellen Mitteln zu entkommen. Man geht davon aus, dass ein Bewusstsein für die Mechanismen, die zu dieser Entwicklung führen, und ein vorsichtiger Einsatz neuer antimikrobieller Mittel dazu beitragen werden, die Auswirkungen der Resistenz gegen antimikrobielle Mittel zu verringern.
Originalveröffentlichung: Nature Nanotechnology
Stabryla et al. (2021) – Role of bacterial motility in differential resistance mechanisms of silver nanoparticles and silver ions
Quelle: AZONano – Study analyzes mechanisms behind bacterial resistance to Ag Nanoparticles
Bildquelle: Wikimedia Commons – Microrao: Antibiotic resistant bacteria
