Es kann zu einer mysteriösen Explosion einer tödlichen Pest kommen zu einem Zucker in Eis

VergrößernZechariah Judy

In den frühen 2000er Jahren begann eine tödliche Darminfektion aufzusteigen. Nach Jahrzehntelanges Lauern im Darm und in Krankenhäusern – opportunistischer Belästigung als tödliche Bedrohung – das Bakterium Clostridium difficile explodierte abrupt, breitete sich schnell aus und verursachte schwerere Durchfallerkrankungen als je zuvor. Bis 2011 sollen die Zentren für Disease Control and Prevention schätzte, dass C. diff infiziert ist In diesem Jahr starben in den USA fast eine halbe Million Menschen ungefähr 29.000.

Zwei Stämme führten die tödliche Herrschaft: RT027 und RT078 (benannt nach auf den genetischen Code ihrer Ribosomen oder “Ribotyp”). Aber Wissenschaftler konnten nur spekulieren, warum dieses Duo plötzlich so war bedrohlich. Mindestens einer von ihnen trat mit Widerstand gegen eine Klasse auf von Antibiotika genannt Fluorchinolone, die enthält Ciprofloxacin unter anderen gängigen Antibiotika. Diese Tatsache führte einige Forscher vermuten, dass der Anstieg der Bakterien verbunden mit der Entwicklung dieser Arzneimittelresistenz.

Aber Wissenschaftler hatten Fluorchinolon-Resistenz in C. identifiziert Diff zurück in der Mitte der 80er Jahre. Warum sollte es plötzlich wichtig sein? Dort war es schien ein weiterer kryptischer Faktor zu sein.

Mit einer kürzlich in Nature veröffentlichten Studie denken Wissenschaftler sie haben endlich herausgefunden, was dieses rätselhafte Element war – und es ist noch dunkler, als irgendjemand gedacht hat. Es war nicht so neue Waffe die Bakterien erworben oder ein abnehmendes Antibiotikum. Es war ein langweiliger, harmloser Zucker – wie man ihn oft in Eiscreme findet. Und sein Teil der Geschichte begann in den 90er Jahren in Japan.

Zu der Zeit versuchten Lebensmittelwissenschaftler, eine kostengünstiger Weg, um diesen Zucker, genannt Trehalose zu machen. Es ist ein Disaccharid, bestehend aus zwei Glucosemolekülen, die mit einer stabilen Verbindung verbunden sind α, α-1,1-Glucosid-Bindung, und es kommt natürlich in geringen Mengen in Einige Bakterien, Pilze, Pflanzen und wirbellose Tiere. Seine Chemie gemacht Lebensmittelwissenschaftler sabbern. Die starke Bindung von Trehalose bedeutet, dass es resistent ist bei hohen Temperaturen und sauren Bedingungen zu zersetzen. Es scheint auch eine Gelphase zu haben, die die Zellen stabilisiert und schützt vor extremer Trockenheit und Kälte. In Lebensmitteln kann es als mild verwendet werden Süßstoff, Feuchtigkeitsspender, Verdickungsmittel und Stabilisator. Das Das Problem war, dass es teuer war, es in großen Mengen herzustellen – ungefähr 700 Dollar pro Kilogramm.

Sirup-Wissenschaftler im japanischen Hayashibara basteln Das Chemieunternehmen fand schließlich eine neuartige enzymatische Methode, um Machen Sie es billig aus Stärke. Die Methode senkte die Kosten auf nur 3 Dollar pro Kilogramm. Bis zum Jahr 2000 – kurz vor dem Aufstieg von C. diff. – die Unternehmen erhielt Zulassung von der US-amerikanischen Food and Drug Administration zu Verwenden Sie es als Zusatz in Lebensmitteln. Die Zulassung für den Einsatz in Europa erfolgte mit dem nächstes Jahr. Die Hersteller begannen, Trehalose in ein Glas zu gießen eine Vielzahl von Lebensmitteln, von Nudeln über Rinderhackfleisch bis hin zu Eiscreme.

Trehalose ist für uns ein nicht zu unterscheidender Süßstoff. Es geht um 45 Prozent so süß wie Haushaltszucker (Saccharose) und zerfällt zu einfache Glukose. Aber laut den Autoren der neuen Natur Studie sind wir nicht die einzigen Verbraucher. In einem zuckerfressenden Bildschirm wird die Die Autoren der Studie stellten fest, dass zwei C. diff. Stämme (aus 21) konnten mit nur einem Schuss Trehalose glücklich überleben. Jene Die Stämme waren RT027 und RT078.

Cloying Killer

Es ist nicht ungewöhnlich, dass C. diff die genetischen Blaupausen trägt für die Trehalose-Verdauung. Aber die Autoren der Studie, angeführt von Mikrobiologe Robert Britton am Baylor College of Medicine, gefunden dass die beiden Seuchenstämme genetische Tricks hatten, von denen sie nur leben konnten winzige Mengen. RT027 hatte eine genetische Mutation, die es mehr machte empfindlich gegenüber Trehalosekonzentrationen. RT078 andererseits hatte eine Ansammlung von vier neuen Genen für Trehalose erhalten Stoffwechsel.

Die süße Genetik half den Stämmen, Probleme zu verursachen, Britton und Kollegen gefunden. In einem Experiment infizierten sie 55 Mäuse mit entweder RT027 oder eine gentechnisch veränderte Version, die nicht metabolisieren Trehalose. Wenn die Mäuse tranken Trehalose-geschnürtes Wasser, RT027 tötete fast 80 Prozent von ihnen. Aber die Trehalose-Mutante Nur 33 Prozent der Mäuse wurden getötet. In einem zweiten Experiment wurde die Forscher infizierten weitere 55 Mäuse mit RT027 und gaben ihnen entweder Trehalose-Wasser oder klares Wasser. Die Trehalose geschnürt Wasser erhöhte die Mortalität zwischen den Gruppen um das Dreifache.

Bei näherer Betrachtung der Nagetierinfektionen stellten sie fest, dass Trehalose ließ RT027 nicht mehr wachsen, sondern produzierte mehr Toxine, die zu einer schwereren Erkrankung führen. Als nächstes liefen sie RT078 aus gegen eine gentechnisch veränderte Version, die nicht metabolisiert werden konnte Trehalose. In einem Mini-Bioreaktor, der eine C. diff-Infektion simuliert der Darm, der RT078 stieß die Mutante aus, als Trehalose war in geringen Dosen vorhanden.

Zusammengenommen lassen die Daten darauf schließen, dass der Trehalosestoffwechsel die Epidemie C. diff Stämme einen Vorteil gegenüber ihren Verwandten und gemacht sie tödlicher im Darm. Zuletzt sammelten die Forscher Darmsäfte von drei anonymen Spendern und fanden sie Enthielt genug Trehalose, um RT027 zum Einschalten von Trehalose zu veranlassen Stoffwechsel.

Auf der Grundlage dieser Beobachtungen schlagen wir vor, dass die weite Verbreitung und Verwendung des Disaccharids Trehalose in der Die Ernährung des Menschen hat bei der Entstehung dieser Krankheiten eine bedeutende Rolle gespielt epidemische und hypervirulente Stämme “, so Britton und Kollegen abgeschlossen.

Jimmy Ballard, ein Mikrobiologe an der Universität von Oklahoma Health Sciences Center, festgestellt, dass es einige Fänge gibt. In einem (n begleitenden Leitartikel wies er darauf hin, dass Forscher mehr brauchen Daten, um sicher zu wissen, ob der Trehalosestoffwechsel das erklären könnte höhere Sterblichkeitsraten bei Menschen. Er bemerkte auch, dass der Darmsaft die Das getestete Team stammte aus dem Dünndarm, nicht aus dem Dickdarm, in dem C. diff verursacht Chaos.

Dennoch kam er zu dem Schluss, dass die Studie „überzeugend“ ist.

„Es ist unmöglich, alle Details der Ereignisse im Umfeld zu kennen die jüngsten C. difficile-Epidemien “, schrieb er. “Aber die Indizien und experimentelle Beweise deuten auf Trehalose als unerwarteter Täter. ”

Nature, 2018. DOI: 10.1038 / nature25178 (Über DOIs).