Nanopartikel fördern die Übertragung von Antibiotika-Resistenzen zwischen Bakterien. Sind die winzigen Teilchen beispielweise im Abwasser präsent, bringen sie Mikroben dazu, sich vermehrt aneinander zu lagern und untereinander Gene auszutauschen. Dadurch können neue, gegen Antibiotika resistente Stämme von Krankheitserregern entstehen. Das berichten chinesische Forscher im Fachmagazin „Proceedings of the National Academy of Sciences“.
Vor allem das in der Abwasserreinigung eingesetzte Nano-Aluminiumoxid habe den Gentransfer zwischen verschiedenen Mikroben um das bis zu 200-Fache erhöht, sagen die Forscher. In den Experimenten erhielten Krankheitserreger dadurch Resistenzgene von harmlosen Darmkeimen und wurden immun gegen gleich mehrere Antibiotika. Aber auch Nanopartikel aus anderen Verbindungen wie Eisen-, Titan- oder Siliziumoxiden förderten den Transfer von Resistenzgenen um das bis zu 100-Fache.
Transfer von Resistenzgenen verstärkt
Die Nano-Aluminiumpartikel ermöglichten sogar den Genaustausch zwischen Bakterien ganz unterschiedlicher Klassen – ein Prozess, der natürlicherweise kaum vorkommt, wie die Forscher berichten. Um das bis zu 50-Fache habe das Nano-Aluminium den Transfer eines Pakets von Resistenzgenen zwischen dem Darmkeim Escherichia coli und Salmonellen verstärkt.
„Diese Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz von Nanomaterialien vor allem in der Abwasserbehandlung sorgfältig geprüft werden muss, um Schäden für die Gesundheit, Umwelt und Ökologie zu vermeiden“, schreiben Zhigang Qiu vom Institute of Health and Environmental Medicine in Tianjin und seine Kollegen. Die Konzentration der Nanopartikel in vielen Testprojekten zur Abwasserreinigung liege weitaus höher als bei den jetzt durchgeführten Mikrobenversuchen. Die Nanopartikel sollen im Abwasser Schwermetalle binden und diese dadurch entfernen helfen.
Nanopartikel dringen in Mikrobenzellen ein
Die Wissenschaftler fanden auch Hinweise darauf, warum die Nanopartikel den Gentransfer fördern: „Die Nano-Aluminiumpartikel beschädigten nicht nur die Struktur der Bakterienhülle, sie drangen auch in die Mikrobenzellen ein“, berichten Qiu und seine Kollegen. Mit der Zellhülle hätten die Nanopartikel eines der Haupthindernisse für den Gentransfer beseitigt.
Die in die Zellen eingedrungenen Nanopartikel aktivierten zudem Gene, die den Genaustausch förderten. „Das Nano-Aluminium löste das Notfallprogramm der Bakterien aus“, schreiben die Forscher. Außerdem hätten die Mikroben vermehrt Enzyme gegen Zellstress produziert.
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Bakterien in Nanopartikel-Lösungen
Für ihre Studie hatten die Forscher verschiedene Bakterienarten, darunter Escherichia coli, Salmonellen und Enterokokken, paarweise in wässrige Lösungen gegeben. Ein Partner enthielt dabei jeweils ein Paket von Resistenzgenen. Dann gaben sie entweder Nanopartikel hinzu oder aber die gleichen chemischen Stoffe in größeren Teilchen. Die Lösung wurde gemischt und eine Zeitlang im Brutschrank aufbewahrt.
Nach dieser Mischungsphase bebrüteten die Forscher Proben der Lösung weiter auf Kulturplatten mit verschiedenen Antibiotika, um die Übertragung der Resistenzen zu kontrollieren. Weitere Proben untersuchten sie mit Hilfe von Elektronenmikroskop, Rasterkraftmikroskop und genetischen Testmethoden. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012; doi:10.1073/pnas.1107254109)
(Proceedings of the National Academy of Sciences / dapd, 13.03.2012 – NPO)
