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Gen: Eine Region in der DNA, in der information gespeichert ist für ein Merkmal. Wir erhalten unsere Gene von Mutter und Vater.
Horizontaler Gen-transfer: Das Weitergeben von Genen in Bakterien, ohne sich zu vermehren.
Mutation: Eine Änderung in der DNA, welche zu einer Veränderung in der darin gespeicherten Information führen kann.
Natürliche Resistenz
Clostridium difficile unter einem sehr starken Mikroskop. Dieses Bakterium besitzt eine natürliche Resistenz gegen viele Antibiotika und kann zu schwerem Durchfall führen. Image von CDC.
Gewisse Bakterien sind mit einer natürlichen Verteidigung gegen Antibiotika ausgestattet. Eine dieser Verteidigungen, ist eine Chemikalie die das Antibiotikum zerstören kann. Diese Chemikalie kann vom Bakterium ausgestossen werden, wenn das Antibiotikum in der Nähe ist. Eine zweite Variante der Resistenz ist, wenn das Bakterium die eigene Zelloberfläche verändert, um das binden des Antibiotkum zu verhindern. Viele Antibiotika binden Zell-Rezeptoren, und durch das ändern deren Oberfläche verhindert das Bakterium das Binden des Antibiotukums. Wird das Binden verhindert, wird ebenso das töten des Bakteriums verhindert.
Ein weit-verbreitetes Antibiotika-resistentes Bakterium ist das so genannte Clostridium difficile, welches zu schwerem Durchfall führt. C. Diff braucht dazu eine chemische, sowie Oberflächen-verändernde Verteidigungen, und ist vielmals in Menschen anzutreten die schon Antibiotika zu sich nehmen, für eine andere Infektion.
Genetische Mutation
Es kann vorkommen, dass aus purem Zufall, sich die DNA eines Bakteriums verändert während der Vermehrung, und das Bakterium dadurch resistent wird gegen Antibiotika. Während jeder Zellteilung kann es zu diesen Mutationen führen, und weil Bakterien sich extrem schnell vermehren, steigt die Chance für eine Resistenz-mutation an.
Abgebildet ist einer von zwei Bakterienstämmen, der Resistenz etwickelte genen Vancomycin. Bild von CDC.
Ein Bakterienstamm der diese Resistenz erlangt hat, ist Vancomycin-resistente Enterococci (VRE), welcher gegen das Antibiotika Vancomycon resistent ist. VRE gibt es seit 30 Jahren, und ist deshalb bekannt und gut erforscht. Forschern ist es sogar gelungen, die Bakterien weiter zu unterteilen, abhänging davon wie sich die Bakterien gegen das Antibiotika verteidigen. Zwei dieser Unterteilungen werden VanA und VanB genannt, welche Resistenz erlangten durch eine Mutation in ihrer DNA, während der Zellteilung. Die Mutation erlaubt es den Bakterien das Vancomycin-molekül zu zerstören.
Horizontaler Gen-transfer
Gewisse Bakterien erlangen Resistenz durch das „weitergeben“ von diesen Genen, welches auch horizontaler Gen-transfer (HGT) genannt wird. HGT kann auf drei verschiede Arten stattfinden.
- Transduktion – Wenn ein Virus ein Bakterium angreift, kann der Virus einen Teil der bakteriellen DNA stehlen und diesen an andere Bakterien verteilen.
- Transformation – Es kann vorkommen, dass Resistenz-gene in der Umgebung der Bakterien sind, welche von den Bakterien aufgenommen werden können.
- Konjugation – Zwei Bakterien können untereinander Gene austauschen, in dem sie sich kurz verbinden und die Gene durch diese Verbindung senden.
Horizontaler Gen-transfer kann auf drei Arten stattfinden. Clicke für mehr Informationen.
Nicht alle Gene die durch HGT unter Bakterien verteilt werden sind Resistenz-gene, aber falls dies vorkommt, erhöht sich die Gefahr dass resistente Bakterien sich durch unsere gesamte Bevölkerung verbreiten können.
Ein gefährliches, weitverbreitetes Bakterium genannt Carbapenem-resistente Enterobacteriaceae (CRE) ist dafür bekannt Resistenz-gene zu verbreiten durch HGT. CRE kann unser Blut, Wunden, und Harnweg infizieren und ist sehr schwer zu eliminieren, da es fast alle Antibiotika überleben kann.
Lesen Sie mehr über: Antibiotika vs Bacterien: Ein Kampf Der Evolution
Gewisse Bakterien produzieren Haar-ähnliche Strukturen, die Pilin genannt werden. Gene können durch diese Pilin ausgetauscht werden.
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