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BLICK 50 Forschungsschwerpunkt
Abb. 1: Staphylokokken­
Biofilm auf einem
Kunststoffkatheter. Man
erkennt deutlich die runden
Bakterienzellen, die sich in
eine amorphe Schleimsub­
stanz eingehüllt haben.
Rasterelektronenmikroskopi·
sche Aufnahme: Merkert
STAPHYLOKOKKEN: ERFOLGREICH
DURCH SPRINGENDE GENE?
Wilma liebuhr, Institut für Molekulare Infektionsbiologie
Die Haut jedes gesunden Men­
schen ist mit einem Schutzschild
aus Bakterien besiedelt, der das
Eindringen gefährlicher, krankma­
chender Mikroorganismen verhin­
dert. Staphylokokken bilden
einen wichtigen Teil dieser
natürlichen Barriere. In den
vergangenen Jahrzehnten jedoch
haben diese ehemals harmlosen
Bakterien eine erstaunliche
Wandlung erfahren.
Staphylokokken sind heute die häufig­
ste Ursache von im Krankenhaus erwor­
benen Infektionen. Besonders abwehrgeschwächte
Patienten und Träger von medizinischen Implantaten
Cz. B. Kathetersysteme oder Gelenkersatz) sind durch
Infektionen mit Staphylokokken gefährdet. Das Pro­
blem wird durch eine zunehmende Resistenz dieser
Bakterien gegen zahlreiche Antibiotika verschärft. Wir
stellen uns im Rahmen des Sonderforschungsbereichs
479 die Frage, wie sich krankmachende Staphylo·
kokken entwickelt haben und ob es Kriterien gibt,
an hand derer man nützliche Hautbe·
siedler und gefährliche Krankheitserre·
ger unterscheiden kann.
Staphylokokken verschanzen
sich in Biofilmen
Eine wichtige Ursache für die Etablie­
rung von Staphylokokken in Kranken·
häusern ist ihre Fähigkeit, auf Kunst·
Abb. 3: Typisches stoff· und Metalloberflächen zu haften und dort so
Wachstumsverhalten eines genannte Biofilme zu bilden. Diese Biofilme beste·
aus Patienten isolierten hen aus den Bakterien selbst und aus einer äußeren
Staphylokokken-Stammes auf Kohlenhydrat·Schicht, der Polysaccharid matrix, in die
einem Spezialnährboden. Die sich die Staphylokokken einhüllen. Die Matrix wirkt
unterschiedliche Farbe der wie ein Klebstoff, der die Bakterien untereinander
einzelnen Kolonien ist auf die verbindet und sie gleichzeitig vor widrigen Umwelt·
Positionsveränderung eines einflüssen wie Antibiotika oder Desinfektionsmitteln
IS·Elementes im Erbgut der schützt CAbb. 1 und Abb. 3)·
Bakterien zurückzuführen. Wir konnten zeigen, dass die genetische Informati·
Bild: Merkert on, die für die Bildung eines Biofilms nötig ist, we·
sentlich häufiger in Staphylokokken aus Infektionen
vorkommt als in Stämmen, die von der Haut gesun·
der Menschen gewonnen wurden.
Darüber hinaus unterliegt die Biofilmbildung einer
außerordentlichen Variabilität: Staphylokokken kön·
nen die Synthese der Polysaccharidmatrix sehr schnell
an· und wieder abschalten. Das führt vermutlich zur
Ablösung von Bakterien aus dem Biofilm und zur
anschließenden Besiedlung neuer Oberflächen. Eine
genetische Ursache hierfür ist eine so genannte In­
sertionssequenz der Bakterien, welche die für die
Biofilmsynthese nötigen Gene abwechselnd aktiviert
und inaktiviert.
Änderung des Erbguts durch springende Gene
Insertionssequenzen sind kleine, autonome DNA·Ele·
mente, die in der Erbinformation nahezu aller Lebe·
wesen gefunden wurden. Sie werden auch als IS­
Elemente oder springende Gene bezeichnet und kön­
nen sich auf DNA·Molekülen frei bewegen. In der
Regel enthalten sie nur die genetische Information,
die für ihre eigene Mobilität notwendig ist.
Es war lange Zeit unklar, welche Rolle IS-Elemente
im Erbgut von Organismen spielen. Heute nimmt man
an, dass sie eine große Bedeutung für die Neu· und
Umorganisation der genetischen Information und
damit für die Evolution haben. IS-Elemente können
beispielsweise Mutationen hervorrufen oder auch
Gene aktivieren. Außerdem können sie den Verlust
oder die Übertragung von genetischem Material ver·
ursachen.
Flexibel: Staphylokokken
aus Infektionsherden
Unsere Daten zeigen, dass IS·Elemente offenbar auch
an der Entwicklung biofilmbildender, multiresisten·
ter Staphylokokken beteiligt sind. So besitzen Sta·
phylokokken aus Infektionsherden ein sehr flexibles
Erbgut: Bereits nach wenigen Zellteilungen können
aus einer einzigen Zelle Nachkommen hervorgehen,
die sich erheblich von der ursprünglichen Elternzelle
unterscheiden CAbb. 2).
In den Tochterzellen sind dabei regelmäßig Positi·
onsveränderungen bestimmter IS·Elemente zu beob-