Die Resistenz vieler pathogener Bakterien gegen Antibiotika ist eine zunehmende globale Gefahr. Im April 2014 warnte die Weltgesundheitsorganisation WHO davor, dass selbst kleinste Infektionen nicht mehr heilbar sein und tödlich enden könnten und man auf eine Nach-Antibiotika-Ära zusteuere.
Diese Bachelorarbeit soll einen Einblick in den geschichtlichen Hintergrund der Antibiotika geben und ihre Wirkung gegen Bakterien erläutern. Außerdem werden die Entdeckung und die Ursache der Antibiotikaresistenzen beschrieben und die Mechanismen erklärt, mit denen Bakterien es schaffen, den Antibiotika zu trotzen. Anschließend werden mögliche Alternativen zur Antibiotikatherapie vorgestellt, mit denen der Kampf gegen multiresistente Stämme gewonnen werden kann. Hinzukommend wird ein kurzer Blick auf persistente Zellen geworfen. Das sind Zellen, die unter Zuhilfenahme eines nicht-genetischen Mechanismus dazu in der Lage sind, eine Antibiotikabehandlung zu überleben.
Inhaltsverzeichnis
1. Abstract und Zusammenfassung
2. Einleitung
2.1 Entdeckung der Bakterien
2.2 Nachweis der Pathogenität von Bakterien
2.3 Entdeckung der Antibiotika
2.4 Entdeckung der Multiresistenz
2.5 Aktuelle Situation weltweit
2.6 Das Ziel der Bachelorarbeit
3. Persistente Zellen
4. Wirkung von Antibiotika
4.1 Hemmung der Zellwandsynthese
4.2 Hemmung der Proteinbiosynthese am Ribosom
4.3 Hemmung der DNA-Replikation durch Beeinträchtigung der Gyrase und der Topoisomerase
5. Ursachen der Multiresistenz
6. Mechanismen der Multiresistenz
6.1 Mechanismen der bakteriellen Antibiotika-Resistenz im Detail
6.1.1 Veränderung der Zielstruktur des Antibiotikums
6.1.1.1 Veränderung des bakteriellen Genoms durch Mutationen
6.1.1.2 Veränderung des bakteriellen Genoms durch Aufnahme von neuem genetischen Material
6.1.1.2.1 Mobile genetische Elemente
6.1.1.2.1.1 Plasmide
6.1.1.2.1.2 Insertionssequenzen
6.1.1.2.1.3 Transposons
6.1.1.2.1.4 Konjugative Transposons
6.1.1.2.1.5 Integrons
6.1.2 Verminderte Konzentration des Wirkstoffs an der Zielstruktur
6.1.3 Enzymatische Inaktivierung des Antibiotikums
6.1.3.1 Hydrolytische Inaktivierung
6.1.3.2 β-Lactamasen
6.1.3.3 Gruppenübertragung
7. Bekämpfung von multiresistenten Bakterien
7.1 Entwicklung neuer Antibiotika
7.2 Aufspüren und Abtöten
7.3 Verhinderung der DNA-Reparatur
7.4 Einsatz von Bakterienviren
7.5 Einsatz von antimikrobiellen Peptiden
8. Ausblick
Zielsetzung & Themen
Diese Bachelorarbeit untersucht das zunehmende globale Problem der Antibiotikaresistenz bei pathogenen Bakterien. Ziel ist es, die historischen Hintergründe, die biologischen Mechanismen der Resistenzentwicklung sowie persistente Zellzustände zu analysieren und innovative Alternativen zur konventionellen Antibiotikatherapie zu evaluieren.
- Historische Entwicklung der Antibiotika und Entdeckung von Resistenzen
- Mechanismen der bakteriellen Resistenz (Mutationen, horizontaler Gentransfer)
- Phänomen der persistenten Zellen und deren Überlebensstrategien
- Alternative Therapieansätze wie Phagentherapie und antimikrobielle Peptide
Auszug aus dem Buch
6.1.1.2.1.1 Plasmide
Bakterielle Plasmide sind sich selbstreplizierende, extrachromosomale Replikons, die dazu in der Lage sind, bakterielle Gene von einer Bakterienzelle zur nächsten zu übertragen (Johnson and Nolan, 2009). Am besten kann man sich diese genetischen Elemente als kleine, hilfreiche und entbehrliche Chromosomen vorstellen. Die meisten Plasmide sind zirkuläre, doppelsträngige DNA-Moleküle, die in ihrer Größe stark variieren. Auf ihnen können nur zwei bis drei Gene kodiert sein, aber auch so viele, dass diese bis zu zehn Prozent der Gene des Wirtschromosom entsprechen. Beispielsweise sind das bei E. coli, dessen Chromosom 4700 Gene trägt, 400 Gene auf dem Plasmid.
Plasmide enthalten keines der Gene, die die Zelle für das Wachstum und die Vervielfältigung braucht, sondern solche, die zeitweise nützlich für die Zelle sein können, um bestimmten Situationen der Umwelt zu trotzen, zum Beispiel das Überleben und Wachsen in Gegenwart potentiell letaler Antibiotika (Bennett, 2008). Das so genannte F-Plasmid (F steht für Fruchtbarkeit, Fertility) befähigt Bakterien zur Konjugation und ist rund 99159 bp groß (Arutyunov et al., 2010). Neben Resistenz-Genen gegen Antibiotika können Plasmide aber auch Resistenzen gegen toxische Schwermetalle wie Quecksilber, Kadmium und Silber tragen. Zudem können dort Gene codiert werden, die Enzyme bereitstellen, welche die Fähigkeit erhöhen, Nährwerte aufzunehmen (Bennett, 2008).
Plasmide spielen eine entscheidende Rolle in der klinischen Ausbreitung von Resistenzgenen gegen Antibiotika zwischen Pathogenen und sind der Auslöser der rasanten Entwicklung multiresistenter Stämme (Broaders et al., 2013). Viele Resistenzen gegen Antibiotika, die momentan zu den wichtigsten der Antibiotika-Therapie gehören und die häufig verschrieben werden, beruhen auf Plasmid-kodierter Resistenz. Dazu gehören Cephalosporine, Fluoroquinone und Aminoglykoside. Beispielsweise wurden multiple Resistenzen in Salmonella spp und Carpapenem-Resistenz in Acinetobacter baumannii über ein konjugatives Plasmid übertragen, das ein Integron enthält. Außerdem wurden Krankheitsausbrüche resistenter E. coli in Kanada mit dem konjugativen Transfer von Carbapenem-Resistenz zwischen Klebsiella pneumonia und E. coli in Krankenhäusern in Verbindung gebracht (Broaders et al., 2013).
Zusammenfassung der Kapitel
1. Abstract und Zusammenfassung: Die Arbeit gibt einen Überblick über die globale Bedrohung durch Antibiotikaresistenzen und die Mechanismen bakterieller Überlebensstrategien.
2. Einleitung: Beschreibt die Entdeckung von Bakterien und Antibiotika sowie die historische Entwicklung der Problematik multiresistenter Keime.
3. Persistente Zellen: Erläutert das Phänomen der physiologischen Persistenz, bei dem Bakterien antibiotische Behandlungen ohne genetische Mutation überleben.
4. Wirkung von Antibiotika: Analysiert die biochemischen Wirkmechanismen verschiedener Antibiotikaklassen auf bakterielle Zellstrukturen.
5. Ursachen der Multiresistenz: Diskutiert anthropogene Faktoren wie falschen medizinischen Gebrauch und übermäßigen Einsatz in der Landwirtschaft.
6. Mechanismen der Multiresistenz: Detaillierte Darstellung genetischer und enzymatischer Mechanismen, die zu bakteriellen Resistenzen führen.
7. Bekämpfung von multiresistenten Bakterien: Vorstellung neuer Ansätze, darunter die Entwicklung neuer Antibiotika, Quorum Sensing-Inhibitoren und Phagentherapie.
8. Ausblick: Plädiert für ein globales koordiniertes Vorgehen zur Bekämpfung von Resistenzen durch Aufklärung, Hygiene und Forschung.
Schlüsselwörter
Antibiotikaresistenz, Multiresistenz, Pathogene Bakterien, Persistente Zellen, Horizontaler Gentransfer, Plasmide, Transposons, Integrons, Phagentherapie, Antimikrobielle Peptide, Quorum Sensing, SOS-Antwort, Bakteriocine, Nosokomiale Infektionen, Klinische Infektionen
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Zunahme von multiresistenten Bakterien, ihren Überlebensmechanismen gegen Antibiotika und möglichen zukunftsweisenden Therapiekonzepten.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Felder umfassen die Geschichte der Antibiotikaforschung, genetische Mechanismen der Resistenzbildung, die Rolle persistenter Bakterienzellen sowie alternative Bekämpfungsstrategien.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die fundierte Beschreibung der Mechanismen der Antibiotikaresistenz und die Aufzeigung von Alternativen zur herkömmlichen Standardtherapie.
Welche wissenschaftliche Methodik wird verwendet?
Es handelt sich um eine theoretische Arbeit, die auf einer umfassenden Analyse aktueller wissenschaftlicher Literatur und Studien basiert.
Was behandelt der Hauptteil der Arbeit?
Der Hauptteil analysiert detailliert, wie Bakterien Resistenzen erwerben und durch physiologische Prozesse (Persistenz) überleben, sowie neue biotechnologische Ansätze wie den Einsatz von Bakterienviren.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Antibiotikaresistenz, horizontaler Gentransfer, Phagentherapie, persistente Zellen und antimikrobielle Peptide.
Was unterscheidet "persistente Zellen" von "resistenten Bakterien"?
Resistente Bakterien besitzen genetische Mutationen, die sie gegen Antibiotika unempfindlich machen. Persistente Zellen hingegen sind phänotypische Varianten, die durch physiologische Ruhephasen überleben.
Wie könnten Bakteriophagen in Zukunft helfen?
Phagen können spezifisch pathogene Bakterien befallen und abtöten, wobei sie gänzlich andere Mechanismen als Antibiotika nutzen, was sie zu einer vielversprechenden Ergänzung in der Therapie macht.
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- Patricia Bischof (Author), 2014, Das Problem der multiresistenten Human-pathogenen Bakterien, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/426765
