Grundzüge der Antibiotikaresistenz
Wie R-Plasmide aufgebaut sind, wie sie Antibiotika unwirksam machen und auf welchen Wegen sich Resistenzen zwischen Bakterien und Arten ausbreiten.
Das Wichtigste in Kürze
- Ein R-Plasmid (R-Faktor) ist ein zirkuläres, doppelsträngiges DNA-Plasmid, das Antibiotikaresistenz vermittelt.
- Es besteht aus dem Resistenztransferfaktor mit tra-Genen für den Sexpilus und der r-Determinante mit den Resistenzgenen.
- Resistenzgene codieren oft inaktivierende Enzyme wie β-Lactamase oder Acetyltransferasen; bei grampositiven Bakterien bleibt das Murein unverändert.
- Resistenz wird durch Konjugation, Transduktion und Transformation übertragen, Mehrfachresistenz durch Konjugation oder Transduktion.
- Die Konjugation ist nicht artspezifisch: R-Plasmide gehen z. B. von E. coli auf Shigella über.
Worum es geht
Viele Bakterien überstehen eine Antibiotikatherapie, weil sie Resistenzgene auf Plasmiden tragen. Diese Plasmide wandern zwischen Zellen und sogar zwischen Arten. Das erklärt, warum sich Resistenzen in Kliniken so schnell ausbreiten.
R-Plasmide
Prokaryoten können Antibiotikaresistenzen ausbilden. Häufig liegen die Resistenzgene dabei nicht im Chromosom, sondern auf Plasmiden.
Ein R-Plasmid (Resistenzfaktor, R-Faktor) ist ein Plasmid, das seinem Wirt Antibiotikaresistenz vermittelt. Es besteht in der Regel aus zirkulärer, doppelsträngiger DNA.
Mit linearer, einzelsträngiger RNA hat ein R-Plasmid also nichts gemein. Es gliedert sich in zwei Bereiche. Der Resistenztransferfaktor trägt den Replikationsursprung und die tra-Gene für den Sexpilus. Die r-Determinante enthält ein oder mehrere Resistenzgene.
Die Resistenzgene codieren meist Enzyme, die das Antibiotikum chemisch verändern und so inaktivieren.
| Enzym | Wirkung | Antibiotikum |
|---|---|---|
| β-Lactamase | spaltet den β-Lactamring | Penicilline, Cephalosporine |
| Aminoglykosid-Acetyltransferase | acetyliert das Molekül | Aminoglykoside, z. B. Gentamicin |
| Chloramphenicol-Acetyltransferase | acetyliert das Molekül | Chloramphenicol |
R-Plasmide kommen bei grampositiven und gramnegativen Bakterien vor. Bei grampositiven Arten wie Staphylococcus aureus vermitteln sie etwa Resistenz gegen Penicilline. Die Mureinschicht bleibt dabei unverändert. Die Zelle zerstört das Penicillin per β-Lactamase, bevor es die Mureinsynthese hemmen kann.
Ein R-Plasmid ist für die Zelle nicht lebensnotwendig. Es sichert das Überleben unter speziellen Umweltbedingungen, nämlich in Gegenwart eines Antibiotikums.
Ausbreitung von Resistenz
Resistenzgene gelangen auf drei parasexuellen Wegen in andere Zellen:
- Konjugation: direkter Plasmidtransfer über den Sexpilus, der wichtigste Weg für R-Plasmide.
- Transduktion: Bakteriophagen verpacken Resistenzgene und bringen sie in eine neue Wirtszelle (Transduktion).
- Transformation: Die Zelle nimmt freie DNA mit Resistenzgenen aus der Umgebung auf.
Da die r-Determinante oft mehrere Resistenzgene trägt, wandern diese gemeinsam. So entsteht Mehrfachresistenz: Ein einziger Transfer macht ein Bakterium gegen mehrere Antibiotika unempfindlich. Mehrfachresistenz lässt sich durch Konjugation oder Transduktion übertragen. Wie Resistenzgene zusätzlich zwischen Plasmid und Chromosom springen, erklärt die Seite zu Transposons.
Unter gramnegativen Bakterien verbreitet die Konjugation R-Plasmide besonders rasch. Sie ist nicht artspezifisch. Ein R-Plasmid kann so von Escherichia coli auf Shigella übergehen. Danach tragen beide Zellen das Plasmid und überleben das Antibiotikum.
Besonders prüfungsrelevant: R-Plasmide werden per Konjugation auch zwischen verschiedenen Arten übertragen, etwa von E. coli auf Shigella. Achte darauf, dass Resistenz zusätzlich durch Transduktion über Phagen und durch Transformation weitergegeben werden kann.
Quiz
Aussage 1
Die von R-Plasmiden vermittelte Penicillinresistenz grampositiver Bakterien beruht auf einem veränderten Aufbau der Mureinschicht.
Die Mureinschicht bleibt unverändert. Das Plasmid codiert eine β-Lactamase, die das Penicillin vorher inaktiviert.
Aussage 2
Ein R-Plasmid aus Escherichia coli kann durch Konjugation in eine Shigella-Zelle gelangen.
Die konjugative Übertragung von R-Plasmiden ist nicht artspezifisch und verläuft unter gramnegativen Bakterien besonders rasch.
Aussage 3
Bakteriophagen können Resistenzgene durch Transduktion von einem Bakterium auf ein anderes übertragen.
Bei der Transduktion verpacken Phagen bakterielle Gene, auch Resistenzgene, und bringen sie in eine neue Wirtszelle.
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