Bericht über die bakterielle Empfindlichkeit gegenüber Antibiotika und Desinfektionsmitteln

Words: 1051
Topic: Biologie

Einführung

Antibiotika sind antimikrobielle Wirkstoffe, die bei der Behandlung oder Verhinderung von bakteriellen Infektionen helfen (1). Diese chemischen Wirkstoffe werden manchmal auch als “antibakteriell” bezeichnet. Ihre Wirkungsweise besteht entweder darin, die Bakterien abzutöten oder ihr Wachstum zu hemmen. Antibiotika, die das Wachstum von Bakterien verhindern, werden als bakteriostatische Antibiotika bezeichnet, während solche, die Bakterien abtöten, als bakterizide Antibiotika bezeichnet werden (1). Bakteriostatische Antibiotika greifen in die wesentlichen physiologischen Prozesse von Bakterienzellen ein, einschließlich der Produktion von Proteinen sowie der Replikation von DNA und RNA. Dadurch sind die Bakterien nicht in der Lage, sich zu vermehren und ihren Stoffwechselaktivitäten nachzugehen, so dass das körpereigene Immunsystem die Infektion beseitigen kann. Bakterizide Antibiotika hingegen töten Bakterien ab, indem sie die Zellmembran oder Zellwand zerstören, so dass der Zellinhalt austreten kann und die Bakterienzellen absterben.

Desinfektionsmittel werden als antimikrobielle Mittel bezeichnet, die auf nicht lebende Gegenstände aufgetragen werden, um dort vorhandene Mikroorganismen abzutöten. Die Wirkungsweise von Desinfektionsmitteln besteht darin, den Stoffwechsel von Bakterien und die Integrität der bakteriellen Zellwände zu stören. Allerdings sind Desinfektionsmittel nicht hundertprozentig wirksam, da sie nicht in der Lage sind, resistente Sporen zu beseitigen.

Bei der Prüfung der Empfindlichkeit gegenüber antimikrobiellen Mitteln geht es darum, herauszufinden, gegen welche spezifischen Antibiotika eine bestimmte Bakterienart empfindlich ist. Verschiedene Bakterienarten zeigen unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber verschiedenen Antibiotika. So ist beispielsweise das Auftreten von Methicillin-resistentem Staphylococcus aureus ein globales Problem in der klinischen Medizin, das auf die Resistenz dieser Bakterienart gegen Beta-Laktam-Antibiotika und Penicillin zurückzuführen ist (2). Daher ist die Empfindlichkeitsprüfung von Vorteil, um das wirksamste Antibiotikum zur Behandlung einer bakteriellen Infektion in einer lebenden Zelle zu bestimmen. Diese Methode kann auch zur Identifizierung bestimmter Bakterien verwendet werden. Eine der am häufigsten verwendeten Techniken zur Bestimmung der Empfindlichkeit gegenüber antimikrobiellen Mitteln ist die Scheibendiffusionsmethode.

Die Vorteile dieses Ansatzes sind, dass er bequem, effektiv und wirtschaftlich ist. Zur Durchführung dieses Tests wird ein Wachstumsmedium gleichmäßig auf eine Platte gegossen, zusammen mit dem Bakterienisolat von Interesse, das auf eine Standardkonzentration heruntergewässert wurde. Handelsübliche Scheiben, die mit einer bekannten Stärke eines bestimmten Antibiotikums vorgetränkt sind, werden dann gleichmäßig verteilt und leicht auf die Agaroberfläche gedrückt. Das Antibiotikum diffundiert von den Scheiben nach außen und erzeugt einen Gradienten der Antibiotikakonzentration im Agar, so dass sich die höchste Konzentration in der Nähe der Scheibe befindet, während niedrigere Konzentrationen weiter von der Scheibe entfernt sind. Nach der Bebrütung wird das Bakterienwachstum um jede Scheibe herum beobachtet. Anfällige Isolate zeigen eine klare Zone ohne Wachstum um eine bestimmte Scheibe.

Mit diesem Versuch soll die Empfindlichkeit von drei Bakterien gegenüber verschiedenen Antibiotika und Desinfektionsmitteln bestimmt werden. Es wurde angenommen, dass S. aureus und Pseudomonas aureginosa ähnliche Muster der Antibiotika- und Desinfektionsmittel-Empfindlichkeit aufweisen würden.

Materialien und Methoden

Es wurden verschiedene antibiotische Lösungen hergestellt, darunter Ampicillin (AM10), Chloramphenicol (C30), Kanamycin (K30), Nalidixinsäure (NA30), Novobiocin (NB5), Gentamicin (GM10), Tetracyclin (TE30), Penicillin (P10), Sulfamethazol/Trimethoprim (SXT), CID5, CF30 und S10. Bakterienzuchtuben mit drei Bakterienstämmen – Escherichia coli, Staphylococcus aureus und Pseudomonas aureginosa – wurden geschwenkt, um den Inhalt zu mischen. Wattestäbchen wurden einmal aseptisch in die Bakterienbrühe getaucht und dann gleichmäßig auf drei Petrischalen mit Agar verteilt.

Zwölf Scheiben wurden aseptisch in die 12-Well-Schale übertragen, indem eine Scheibe pro Vertiefung platziert wurde. Auf jede Scheibe wurde ein Tropfen Desinfektionsmittel oder Antibiotikum gegeben. Die imprägnierten Scheiben wurden dann nach der bakteriellen Ausplattierung der Bakterien so auf die Platten gelegt, dass jede Scheibe einen Quadranten pro Platte der drei quadratischen Platten zentrierte. Die Platten wurden dann umgedreht und drei Tage lang bei 37° C bebrütet. Am dritten Tag wurden die Durchmesser der Hemmzonen aller Antibiotika und Desinfektionsmittel in Millimetern gemessen und aufgezeichnet. Die Hemmzonen wurden dann mit einer Standardauswertungstabelle verglichen und zur Einstufung der Bakterienisolate als empfindlich, mittelmäßig empfindlich oder resistent verwendet.

Ergebnisse

Tabelle 1: Mittlere Hemmhöhen für die drei Bakterienarten, die auf verschiedenen Antibiotika wachsen.

Schlüssel: + empfindlich; – resistent; * mittelmäßig.

Die hellen Bereiche um die Scheiben herum zeigen die Hemmzonen an, während die undurchsichtigen Bereiche um die Scheiben herum zeigen, dass die Bakterien gegen die Antibiotika resistent sind.

Diskussion

E. coli ist ein gramnegatives, stäbchenförmiges Bakterium, das im unteren Darm der meisten endothermen Lebewesen vorkommt (1). E. coli ist ein fakultativer Anaerobier. S. aureus hingegen ist ein Gram-positives Bakterium, dessen Zellen eine runde Form haben. S. aureus ist eine häufige Mikroflora der Haut, der Nase und des Atmungssystems. P. aeruginosa ist ein gramnegatives Bakterium, das für Pflanzen- und Tierkrankheiten verantwortlich ist. Seine Zellen sind stäbchenförmig. Alle drei Mikroben waren gegen Penicillin und Novobiocin resistent. Dagegen waren sie alle empfindlich gegenüber Gentamicin, Kanamycin, Tetracyclin und Sulfamethoxazol. S. aureus und P. aureginosa zeigten eine mittlere Empfindlichkeit gegenüber Chloramphenicol. S. aureus war die einzige Mikrobe, die für Ampicillin empfindlich und gegen Nalidixinsäure resistent war. Die Ergebnisse stützen die Hypothese, dass E. coli und P. aureginosa ähnliche Antibiotikaempfindlichkeitsmuster aufweisen, da sie beide gramnegativ sind.

Die Mechanismen der verschiedenen Antibiotika bestimmen, welche Mikroben für sie empfänglich sind. Ampicillin beispielsweise hemmt irreversibel das Enzym Transpeptidase, das für die Synthese der bakteriellen Zellwände von entscheidender Bedeutung ist. Die Hemmung der Transpeptidase unterbricht den letzten Schritt der bakteriellen Zellwandsynthese während der Zellteilung. Infolgedessen kommt es zur Zelllyse, die zum Zelltod führt. Chloramphenicol verlangsamt das bakterielle Wachstum, indem es die Proteinsynthese, insbesondere die Verlängerung der Proteinkette, durch Blockierung der Peptidyltransferase des bakteriellen Ribosoms verhindert. Kanamycin und Gentamicin sind Aminoglykoside, deren Wirkungsweise darin besteht, die bakterielle ribosomale Untereinheit 30S zu binden und die Wirkung der t-RNA zu behindern. Folglich wird die Proteinsynthese gehemmt. Aminoglykoside sind gegen anaerobe Bakterien nutzlos, was erklärt, warum die beiden Antibiotika gegen alle drei Mikroben wirksam waren.

Nalidixinsäure hemmt die DNA-Synthese in gramnegativen Bakterien, was ihre Hemmung von E. coli und P. aureginosa erklärt (3). Umgekehrt ist Novobiocin ein Aminocumarin, das die Wirkung der DNA-Gyrase in Bakterien hemmt und damit die Energieübertragung beeinträchtigt. Tetracycline hemmen die Proteinsynthese und sind gegen die meisten aeroben Bakterien wirksam. Penicillin übt seine bakterientötende Wirkung aus, indem es die Vernetzung von Peptidoglycan während der Zellwandsynthese behindert. Daher ist es sowohl gegen grampositive als auch gegen gramnegative Bakterien wirksam. Sulfamethoxazol/Trimethoprim hemmt die bakterielle Produktion von Dihydrofolat und beeinträchtigt so die Synthese von Proteinen und Nukleinsäuren (4), was seine Wirksamkeit gegen diese drei Bakterien erklärt. Die Daten dieses Versuchs stimmen mit der Literatur überein, und es wurde festgestellt, dass E. coli und P. aureginosa ähnliche Antibiotikaempfindlichkeitsmuster aufweisen.

Referenzen