DE | EN | FR
 info(at)helmholtz-hioh.de +49 3834 3916 101
 Anfahrt auf Google
DE | EN | FR

Wenn Resistenz mit Virulenz einhergeht

Die innovative TraDIS-Methode liefert neue Erkenntnisse über das Bakterium Klebsiella pneumoniae, das schwere Infektionen verursachen kann

Antibiotikaresistenzen gehören zu den größten Herausforderungen für die globale Gesundheit. Forschende der Abteilung „Epidemiologie und Ökologie antimikrobieller Resistenz“ des HIOH unter der Leitung von Prof. Dr. Katharina Schaufler, PhD, haben nun mit Hilfe der funktionell-genomischen Methode TraDIS (Transposon-directed insertion-site sequencing) einen bislang verborgenen Zusammenhang zwischen Antibiotikaresistenz und Virulenz in Klebsiella pneumoniae aufgedeckt. Virulenz beschreibt dabei das Ausmaß, in dem ein Erreger Krankheiten auslösen kann. Die Ergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift Clinical Microbiology and Infection veröffentlicht.

AMR: ein globales Gesundheitsproblem

Klebsiella pneumoniae zählt zu den weltweit bedeutendsten Erregern schwerer Infektionen, insbesondere im medizinischen Umfeld (sogenannte nosokomiale Infektionen). Im Sinne des One Health-Ansatzes spielt das Bakterium eine wichtige Rolle, da es sowohl in der Umwelt vorkommt als auch bei Menschen und Tieren Infektionen auslösen kann. Besonders problematisch sind Stämme, die gegen viele Antibiotika resistent sind. In solchen Fällen verbleiben nur noch wenige Therapieoptionen.

Das Reserveantibiotikum Cefiderocol gilt als vielversprechende Behandlungsoption gegen diese resistenten Bakterien. Es wirkt wie ein „Trojanisches Pferd“, indem es sich als für die Bakterien lebenswichtiges Eisen „tarnt“, in die Zelle eingeschleust wird und die Bakterien abtötet. In den letzten Jahren wurde jedoch zunehmend berichtet, dass inzwischen selbst gegen Cefiderocol Resistenzen auftreten.

Punktförmige Kolonien des Bakteriums Klebsiella pneumoniae auf einer CHROMagar™-Nährbodenplatte. Die blaue Färbung ist typisch für diesen Erreger. ©HIOH/Madeleine Paditz

TraDIS eröffnet neue Einblicke

Um zu verstehen, welche genetischen Voraussetzungen Klebsiella pneumoniae resistent gegen Cefiderocol machen, nutzte das Team von Prof. Schaufler die Methode TraDIS (Transposon-directed insertion-site sequencing). Mit dieser Hochdurchsatztechnik lassen sich systematisch Gene im gesamten bakteriellen Erbgut untersuchen. So konnten die Forschenden herausfinden, welche Gene bei Klebsiella pneumoniae für das Überleben unter bestimmten Bedingungen – in diesem Fall unter dem Druck des Antibiotikums – besonders wichtig sind.

Resistenz und Virulenz sind eng miteinander verknüpft

Die Analyse zeigte, dass insgesamt 299 Gene von Klebsiella pneumoniae die Resistenz gegenüber Cefiderocol beeinflussen. Neben bekannten Mechanismen, wie veränderten Transportkanälen z.B. für die Eisenaufnahme, die das Eindringen des Antibiotikums erschweren, identifizierte das Team auch Gene, die die bakterielle Kapsel steuern. Diese schleimartige äußere Hülle hilft den Bakterien, sich vor Angriffen zu schützen. Weiterführende Experimente zeigten, dass gezieltes Abschalten der Kapsel-Gene zu einer Überproduktion der Kapsel führt. Das macht Klebsiella pneumoniae nicht nur resistenter gegenüber Cefiderocol, sondern auch virulenter, also gefährlicher. Versuche in einem Infektionsmodell mit Wachsmottenlarven (Galleria mellonella) bestätigten, dass die Cefiderocol-resistenten Mutanten deutlich pathogener sind, also schwerere Infektionen verursachen.

DNA-Isolation im Labor zur Identifizierung von Genen, die die Antibiotikaresistenz und Virulenz von Klebsiella pneumoniae beeinflussen. ©HIOH/Madeleine Paditz

Was die Ergebnisse bedeuten

Damit zeigt die Studie erstmals, dass Resistenz gegen Cefiderocol direkt mit erhöhtem Krankheitspotential (Pathogenität) verknüpft sein kann. Die verstärkte Schutzschicht der Bakterien, die Kapsel, erschwert nicht nur das Eindringen des Antibiotikums, sondern schützt die Erreger gleichzeitig auch vor Angriffen des Immunsystems. Die Ergebnisse machen deutlich, dass Antibiotikaresistenzen nicht isoliert betrachtet werden sollten, sondern eng mit der biologischen Fitness und der Pathogenität von Bakterien verknüpft sind. 

„Antimikrobielle Resistenzen lassen sich nur mit einem ganzheitlichen Blick kontrollieren“, betont Prof. Schaufler. „Unsere Studie zeigt, wie eng Resistenz, Virulenz und ökologische Fitness miteinander verwoben sind, und warum neue Therapiestrategien diese Zusammenhänge berücksichtigen müssen.“

Die Studie ist ein wichtiges Ergebnis der Functional Omics-Forschung am HIOH, die untersucht, welche Funktionen Gene haben und wie sie bakterielle Eigenschaften – etwa Resistenz und Pathogenität – beeinflussen. Die methodische Grundlage dafür brachten Wissenschaftler der Abteilung „Epidemiologie und Ökologie antimikrobieller Resistenz“ von einem achtwöchigen Forschungsaufenthalt an der Universität Kopenhagen mit. In der dänischen Partner-Arbeitsgruppe One Health Antimicrobial Resistance um Prof. Luca Guardabassi erlernten sie die TraDIS-Methode, entwickelten sie weiter und passten sie anschließend gezielt an die Fragestellungen ihrer Arbeit am HIOH an.

Während eines Forschungsaufenthalts an der Universität Kopenhagen, Dänemark, erlernte das Team der Abteilung „Epidemiologie und Ökologie antimikrobieller Resistenz“ die TraDIS-Methode und legte damit den Grundstein für die aktuelle Studie. ©HIOH/GEAR

Informationen zur Studie

Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forschungsteam aus den folgenden Institutionen durchgeführt:

Prof. Luca Guardabassi: One Health Antimicrobial Resistance Group, Department of Veterinary Disease Biology, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, Kopenhagen, Dänemark 

Center for Genomic Medicine, Massachusetts General Hospital, Boston, MA, USA

Institut für Medizinische Mikrobiologie, Universität Lübeck und Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck, Lübeck, Deutschland

Originalpublikation

Müller JU, Eger E, Jana B, Schwabe M, Nurjadi D, Ma Y, Pirolo M, Guardabassi L, Schaufler K. The hidden link between cefiderocol resistance and increased virulence in Klebsiella pneumoniae: Insights from a TraDIS-based investigation. Clinical Microbiology and Infection (2026). DOI: 10.1016/j.cmi.2025.12.010

Weitere Informationen

WHO bacterial priority pathogens list, 2024: Bacterial pathogens of public health importance to guide research, development and strategies to prevent and control antimicrobial resistance (ISBN: 978-92-4-009346-1) – Fachartikel zur Bedeutung verschiedener bakterieller Krankheitserreger (auf Englisch)

Convergent Klebsiella pneumoniae strains belonging to a sequence type 307 outbreak clone combine cefiderocol and carbapenem resistance with hypervirulence – Fachartikel zum Zusammenhang zwischen Antibiotikaresistenz und Virulenz (auf Englisch)

Carbapenem- and cefiderocol-resistant Enterobacterales in surface water in Kumasi, Ashanti Region, Ghana – Fachartikel zu multiresistenten Darmbakterien (auf Englisch)

Stephanie Markert

Pressekontakt

Dr. Stephanie Markert