Spezies-Interaktionen in einer definierten bakteriellen Mischkultur mit und ohne Antibiotikum

Zur Bestimmung der Antibiotikaempfindlichkeit werden meist Bakterienisolate eingesetzt. Durch diesen Ansatz werden jedoch keine Speziesinteraktionen berücksichtigt, wie sie bei der Antibiotikabehandlung von tatsächlichen Infektionen auftreten können. In der hier präsentierten Studie wurde die Wirkung von Ceftazidim auf eine Modellmischgemeinschaft bestehend aus den Keimen Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cepacia und Staphylococcus aureus im Hinblick auf mögliche relevante Interaktionen untersucht. In erster Linie beruhte die Arbeit auf einer neuen molekularbiologischen Analysemethode zur absoluten und speziesspezifischen Bestimmung der Zellkonzentration. Daneben wurden die Substrate Glucose, Glutamin, Glutamat und die Produkte Gluconat und 2-Keto-D-gluconat (2KDG) bestimmt, um Substratkonkurrenz, als die einfachste der möglichen Interaktionsmöglichkeiten, berücksichtigen zu können. Dynamiken der speziesspezifischen Zellkonzentrationen innerhalb des Beobachtungszeitraums von 24 h (sogenannte time-kill Experimente) wurden mit Hilfe mathematischer Modelle beschrieben und analysiert. Die time-kill Experimente wurden mit Rein- und Mischkulturen im Schüttelkolben und einem -1 definierten Medium mit 30 µg mL-1 Ceftazidim durchgeführt. Speziesinteraktionen wurden durch den Vergleich der Wachstums- und Abtötungsdynamiken in behandelten und unbehandelten Rein- und Mischkulturen aufgedeckt. Zur speziesspezifischen Bestimmung der Zellkonzentration wurde die Methode des quantitativen terminalen Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus (qT-RFLP) eingesetzt. Um die statistische Signifikanz zu erhöhen, wurden alle Versuche in drei parallelen Kolben durchgeführt und jede Probe zweifach bestimmt. Die Substratkonzentration von Glucose, Glutamin und Glutamat wurden mit einem automatischen Enzymdetektor bestimmt und die Konzentrationen von Gluconat und 2KDG, sowie die Konzentration von Ceftazidim mittels HPLC bestimmt. Die vorliegende Studie zeigte, dass B. cepacia sich aufgrund überlegener Wachstums- eigenschaften in der ceftazidimbehandelten Mischkultur gegenüber den anderen zwei Keimen durchsetzen konnte. Dies hatte mehrere Ursachen. Zum einen entwickelte B. cepacia innerhalb des Versuchszeitraums eine Resistenz gegenüber dem Antibiotikum. Zum anderen war das Bakterium selbst dann noch in der Lage das Substrat Glucose in 2KDG umwandeln, als er selbst durch das Antibiotikum beeinträchtigt war. In der Folge führte das zu einem Substratentzug für S. aureus, da dieser 2KDG nicht verstoffwechseln konnte.