Forscher der MLU stellen fest: Bakterien überleben auf eigentlich tödlichen Kupferoberflächen
13. Januar 2021 | Bildung und Wissenschaft | 5 KommentareBakterielle Infektionen werden in der Regel mit Antibiotika behandelt. Viele krankheitserregende Bakterien haben in den vergangenen Jahrzehnten jedoch immer stärkere Resistenzen gegen gängige Medikamente entwickelt. Besonders gefürchtet sind sogenannte multiresistente Bakterien, die sich mit den meisten Antibiotika überhaupt nicht mehr bekämpfen lassen. Eine gute Waffe gegen diese Keime sind Kupferoberflächen – zum Beispiel bei Türklinken. „Kupferoberflächen sind regelrechte Bakterienkiller. Binnen weniger Minuten sterben die meisten Bakterien ab, wenn sie auf einer Kupferoberfläche landen“, sagt der Mikrobiologe Prof. Dr. Dietrich H. Nies von der MLU. Kupfer ist für die Bakterien in sehr geringen Mengen ein lebenswichtiges Spurenelement. Auf den Oberflächen werden die Bakterien allerdings regelrecht mit Kupfer-Ionen überflutet, sodass sie mit ihren normalen Abwehrmaßnahmen dagegen nicht mehr ankommen.
Das Team um Nies wollte nun herausfinden, ob und wie schnell zwei typische Bakterienarten, Escherichia coli und Staphylococcus aureus, theoretisch dazu in der Lage sind, auf Kupferoberflächen zu überleben. Das Team setzte die Bakterien deshalb nur für wenige Minuten auf die Oberflächen, nahm sie wieder herunter und ließ sie sich in einem normalen Nährmedium erholen. Dieser Vorgang wurde mehrmals wiederholt, wobei die Überlebenden schrittweise immer länger der für sie tödlichen Oberfläche ausgesetzt wurden. Innerhalb von drei Wochen hatten die Forscherinnen und Forscher so Bakterien erhalten, die mehr als eine Stunde auf Kupfer überleben konnten. „Außerhalb des Labors sind die Bedingungen natürlich nicht so ideal. Werden Kupferoberflächen aber nicht regelmäßig gereinigt, können darauf isolierende Fettschichten entstehen, die über einen längeren Zeitraum eine ähnliche Entwicklung ermöglichen könnten.“, sagt Nies.
Mittels umfassender Erbgutanalysen suchte das Team nach dem Grund, warum die Bakterien auf den Oberflächen nicht mehr sterben. „Ein Gen für die Resistenz gegen die tödliche Wirkung von metallischen Kupfer-Oberflächen haben wir nicht gefunden.“, sagt Nies. Stattdessen beobachtete das Team ein Phänomen bei den überlebenden Bakterien, das in ähnlicher Form bereits seit einiger Zeit bekannt ist: Sie fahren ihren Stoffwechsel auf das absolute Minimum herunter und verfallen in eine Art Winterschlaf. Da Antibiotika immer darauf abzielen, den Stoffwechsel wachsender Bakterien zu stören, sind sie bei diesen speziellen Bakterien, die auch als „Persister“ bezeichnet werden, nahezu wirkungslos. „Egal, wie gut ein Antibiotikum wirkt, in jeder Generation gibt es immer eine Hand voll Persister-Bakterien.“, erklärt Nies. Dabei handele es sich jedoch nicht um antibiotikaresistente Bakterien, denn ihre Nachkommen seien sehr wohl wieder anfällig für die Medikamente.
Normalerweise wird nur ein sehr kleiner Teil der Bakterien zu Persistern. Bei den isolierten Bakterien war es jedoch die ganze Population. Diese konnten zwar genau so schnell wachsen wie ihre Vorfahren, sich jedoch unter widrigen Umständen schneller als diese in einen frühen Zustand der Persistenz retten. Und weiter: „Die Eigenschaft haben die Bakterien auch über 250 Generationen weitervererbt, obwohl diese nicht mehr in Kontakt mit Kupferoberflächen gekommen sind.“, sagt Nies. Das Team empfiehlt deshalb, Kupferoberflächen regelmäßig und gründlich mit speziellen Mitteln zu reinigen, damit sich keine Persister-Bakterien entwickeln können. Gleichzeitig weist Nies daraufhin, dass der Einsatz von Kupferoberflächen nur ein Mittel von vielen - etwa Antibiotika – ist, um gezielt und effektiv gegen schädliche Bakterien vorzugehen.
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Schön, dass sich die Forschung jetzt mit der Verbreitung von Viren und Bakterien beschäftigt.
Interessant auch die Versuche zur Darstellung der Virenverbreitung durch Aerosole. wer hätte das gedacht, Geradezu umwälzend die Erkenntnis, dass man die Virenverbreitung durch Lüften verringern kann. Innerhalb weniger Monate hat die Wissenschaft einen gewaltigen Schritt nach vorn gemacht. Woran hat man eigentlich bisher geforscht?
In der Natur herrscht eigentlich ein ausgewogenes Verhältnis an Lebewesen. Der Mensch stört dieses Verhältnis massiv. Ohne diese Vielfalt und Ausgewogenheit, wäre er nicht was er ist und könnte selber nicht leben. Sein Genom ist eine Bedienungsanleitung für die funktionierende Zusammenarbeit, Koexistenz aller normalen Eventualitäten. Wird das Verhältnis, der sich in Wage haltenden Einflüsse gestört, kann es zu extremen Verschiebungen im Verhältnis geben – das erleben wir gerade. In Krankenhäusern werden, durch absichtliches extremstes Reinigen und Abtöten, Bereiche geschaffen, wo das gesunde natürliche Verhältnis an Keimen, Bakterien und Viren gestört ist. Damit wird Raum geschaffen, für normalerweise nicht in dieser Menge vorkommende, für Mensche ungünstige, Erreger. Der beste Schutz gegen resistente Keime ist das ausgewogene natürliche Verhältnis, in dem der Mensch evolutionär gewachsen ist. In verseuchten Krankenhäusern verschwinden resistente Keime recht schnell, wenn genügend natürliche Umwelt wieder hergestellt ist. Auch Corona verteilt sich so prima, weil der Mensch natürliche Barrieren nicht achtet. Eine Globalisierung und Verknüpfung sämtlicher abgekapselten Lebensräume führt zu einem „Neuaushandeln der Kräfte“, bis wieder ein ausgewogeses Verhältnis hergestellt ist. Im Zuge des Auslotens gibt es Verlierer und Gewinner. Auch Aussterben gehört zu diesem Mechanismus. Evolution eben. Die Natur probiert aus und findet Wege. Warum also nicht auch Strategien, auf reinem Kupfer eine Weile durchzuhalten? (Glauben trägt eher zum Fortschreiten des Missverhältnisses bei – kein normal denkender Mensch würde, zugunsten von Touristen, ganze Seengebiete mit Gift verseuchen, um Mücken, die Vögel als essentielle Nahrung brauchen und für das Überqueren der Alpen brauchen, zu vernichten – wir aber in Bayern gemacht – politisch abgesegnet – Wenige entscheiden egoistisch über das Wohl vieler)
Aluminium, Kobalt, Zink…
Auch Kupferionen sind antibakteriell. Es ist aber wahrscheinlich das Problem, dass die Metalloberfläche nicht mit in Wasser solvatisierten Ionen überzugen sind, sondern mit einer mehr oder weniger nichtreaktiven Oxidpatina. Wenn das Bakterium sich auf der trockenen Oberfläche abkapselt, passiert da gar nichts.
Die Resistenzentwicklung passiert auch mit Silber: „Silberempfindliche Bakterien können mit der Zeit resistent, also unempfindlich gegen Silberionen werden. Die höchsten Silberkonzentrationen, die silberresistente Mikroorganismen tolerierten, lagen bei 10 g/l und dies entspricht in etwa dem 500-fachen Wert für silberempfindliche Keime“ (Wikipedia, Stichwort „Oligodynamie“)
Spannend wäre nun der Versuch mit dem edleren Silber. Dessen starke antibakterielle Wirkung ist ja weithin bekannt.