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In den Böden und im Eis der Polargebiete leben noch zahlreiche bisher unentdeckte und unbekannte Bakterien, die über Millionen von Jahren isoliert waren und jetzt aufgrund des Klimawandels freigesetzt werden und so mit dem Rest der Welt in Kontakt kommen können. Und dies könnte zum globalen Gesundheitsproblem werden, wie Forscher der Universität Chile in einer Studie herausfanden. Sie konnten Gene von Mikroorganismen aus der Antarktis isolieren, die Resistenzen gegen Antibiotika und andere antimikrobielle Substanzen wie Kupfer oder Chlor verleihen und möglicherweise auf bekannte Krankheitserreger übertragen werden können. Ihre Studie erschien in der Fachzeitschrift Science of the Total Environment.
Ein Forscherteam der Universität Chile sammelte in den Jahren 2017 und 2019 Bodenproben an verschiedenen Stellen auf der Antarktischen Halbinsel, um die mikrobiellen Gemeinschaften in dem unwirtlichen Lebensraum zu untersuchen. Sie fanden trotz der extremen Umweltbedingungen eine große Vielfalt an Mikroorganismen. Was sie jedoch mehr erstaunte, war, neben anderen überraschenden Anpassungen und Fähigkeiten, die hohe Resistenz vieler Bakterien gegen die Wirkung mehrerer Klassen von Antibiotika und anderer toxischer Substanzen.
Dr. Andrés Marcoleta, Wissenschaftler an der Universität Chile und Hauptautor der Studie, warnt davor, dass diese Resistenzfähigkeiten auf krankheitserregende Bakterien übertragen werden könnte mit schwerwiegenden globalen Gesundheitsproblemen. Ein Teil dieser «Superkräfte» sei in mobilen DNA-Fragmenten (sogenannten Plasmiden) enthalten, die leicht auf andere Bakterien übertragbar sind, so Dr. Marcoleta. «Der Gedanke, dass diese Gene irgendwann ihren Weg in Bakterien finden könnten, die Infektionen bei Menschen oder anderen Tieren verursachen, und ihnen eine größere Resistenz verleihen, scheint daher nicht weit hergeholt zu sein.»
Dr. Marcoleta erklärt weiter, dass auf diese Weise die «Resistenzgene» andere Krankheitserreger, mit denen sie in Zukunft in Kontakt kommen, stärken und die Ausbreitung von Infektionskrankheiten begünstigen könnten. Dabei betont er, dass die gefundenen Bakterien und ihre Gene nicht auf eine Verunreinigung oder menschliches Eingreifen zurückzuführen sind, sondern sie sich im Laufe der Evolution als Anpassung an die extremen Bedingungen in der Antarktis entwickelt haben und sie die für diese antarktischen Böden typische mikrobielle Gemeinschaft bilden.
Zu den in den Böden der Antarktischen Halbinsel vorherrschenden Bakteriengattungen gehört Pseudomonas, von denen mehrere Resistenzen gegen eine große Anzahl von Antibiotika verschiedener Klassen aufwiesen. Dr. Marcoleta erklärt, dass Pseudomonas dafür bekannt sind, sich an viele verschiedene Umgebungen anzupassen und eine hohe Resistenz gegen alle Arten von extremen Bedingungen und toxischen Substanzen aufweisen. «Einige von ihnen verursachen Infektionen beim Menschen und sind für schwere Krankheiten wie Mukoviszidose verantwortlich.» In den Proben fanden sie zwar keine Anzeichen für pathogene Pseudomonaden, aber die gefundenen Pseudomonas-Vertreter könnten «als Quelle für Resistenzgene dienen und relativ leicht auf pathogene Pseudomonaden übertragen werden».
Eine weitere häufige Bakteriengattung im antarktischen Boden ist Polaromonas, die das Potenzial haben, bestimmte Antibiotika zu inaktivieren, die entscheidend sind in der Behandlung verschiedener Infektionen. Laut Dr. Marcoleta wurde dieser Bakterienstamm bereits in urbanen Regionen Sibiriens gefunden, wo auch vom Menschen getragene pathogene Bakterien vorkommen. «Dies bestätigt, dass es bereits Kontakte zwischen Bakterien, die in polaren Umgebungen beheimatet sind, und pathogenen Bakterien gibt, was zu einem Austausch von genetischen Informationen zwischen ihnen führen könnte.»
Die Entdeckung dieser hochpotenten antarktischen Bakteriengemeinschaft könnte andererseits die Entwicklung möglicher neuer Antibiotika leiten. Zudem haben mehrere Bakterienstämme ein großes biotechnologisches Potenzial, das deren Einsatz in ganz anderen Bereichen eröffnen könnte, wie das Forschungsteam feststellte. «Wir konnten die überraschenden Fähigkeiten einiger Bakterienstämme für die Produktion potenzieller neuer Antibiotika, die Bioremediation toxischer und umweltschädlicher Substanzen und die nachhaltige Produktion von Biopolymeren bestätigen, die als biologisch abbaubarer Ersatz für aus Erdöl gewonnene Kunststoffe dienen können», so Dr. Marcoleta.
Da Mikroorganismen, speziell Krankheitserreger, globale Auswirkungen haben können, wie die Covid-19-Pandemie gezeigt hat, sollte die Frage, ob der Klimawandel das Auftreten von Infektionskrankheiten begünstigt, nicht außer Acht gelassen werden. Die weltweite Erwärmung, die vor allem in den Polargebieten schnell voranschreitet, legt nun Mikroorganismen oder genetische Informationen frei, die verstärkt mit Menschen, Tieren und anderen Organismen in Kontakt kommen. «In einem möglichen Szenario könnten diese Gene dieses Reservoir verlassen und das Auftreten und die Verbreitung von Infektionskrankheiten begünstigen», erklärt Dr. Marcoleta und fügt hinzu: «Andererseits wissen wir, dass es einen immer häufigeren und massiveren Transit von Menschen zwischen der antarktischen Halbinsel und dem Rest der Welt gibt, hauptsächlich über Chile. Dies schafft potenzielle Kontaktmöglichkeiten zwischen Mikroorganismen, die den Menschen besiedeln oder infizieren, und solchen, die von Natur aus die Böden des weißen Kontinents bewohnen.»
Zur weiteren Erforschung der Mikroorganismen, die die Böden der antarktischen Halbinsel bewohnen, ihres Potenzials als Quelle von Antibiotikaresistenzen und Virulenzgenen sowie der Auswirkungen des Klimawandels auf diese mikrobiellen Gemeinschaften hat Dr. Marcoleta gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern der Universität Chile und der Universität La Frontera bereits das größere, multidisziplinäre Forschungsprojekt «mBioClim» begonnen. «Jetzt, da wir wissen, dass der antarktische Boden ein großes Reservoir potenzieller Resistenzgene ist, müssen wir noch untersuchen, auf welchen Wegen diese Gene auf andere Bakterien übertragen werden können und ob diese Gene, wenn sie pathogene Bakterien erreichen, tatsächlich verbesserte oder neuartige Resistenzeigenschaften verleihen», so Dr. Marcoleta.
«Andererseits, wissen wir, dass nicht nur Resistenzgene für die Entstehung von Infektionskrankheiten wichtig sind, sondern auch solche Gene, die es den Bakterien ermöglichen, bei der Infektion erfolgreicher zu sein oder schwerere Infektionen zu verursachen. Daher ist es wichtig festzustellen, ob in dieser Vielfalt von antarktischen Bodenbakterien genetische Informationen vorhanden sind, die die Virulenz erhöhen könnten, wenn sie von pathogenen Bakterien übernommen werden. Außerdem stellt sich die Frage, wie sich die Freilegung neuer Böden infolge des Auftauens und die anschließende Besiedlung durch andere Organismen auf diese mikrobiellen Gemeinschaften und die Übertragung genetischer Informationen auswirken würde. All diese Aspekte sowie die Entdeckung neuer Mikroorganismen und einzigartiger Gene antarktischen Ursprungs werden im Rahmen des neuen Ring-Projekts untersucht, das jetzt anläuft», fügt er abschließend hinzu.
Julia Hager, PolarJournal
Link zur Studie: Marcoleta AE, Arros P, Varas MA et al. The highly diverse Antarctic Peninsula soil microbiota as a source of novel resistance genes. Sci Total Environ. 2022 Mar 1;810:152003. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.152003. Epub 2021 Nov 29. PMID: 34856283