Wie alle lebenden Organismen entwickeln Bakterien Abwehrkräfte gegen feindliche Elemente in ihrer Umwelt. Eine allgemeine Taktik ist die Entwicklung von „Toleranz”. Das bedeutet, dass die Bakterien während einer Behandlung mit Antibiotika schlummern. So können sich Bakterien der antibiotischen Behandlung entziehen, denn Antibiotika können nur wachsende Ziele erkennen und töten. Dieses Zwischenstadium der „antibiotischen Toleranz” dauert jedoch nur ein paar Tage an und kann in standardisierten medizinischen Labors nicht erkannt werden. Daher verpassen Ärzte das Toleranz-Fenster und die Möglichkeit, eine ernste Infektion zu behandeln bevor diese völlig resistent wird. Dieses kurze Zeitfenster ist für die meisten gesunden Erwachsenen nicht relevant, aber für diejenigen Patienten, die eine Blutinfektion mit einem geschwächten Immunsystem bekämpfen, ist dieser Zeitraum maßgeblich und könnte über Leben und Tod entscheiden.

Balaban und die Doktorandin Irit Levin-Reisman studierten Bakterien zunächst im Labor. Sie entwickelten ein mathematisches Modell, welches erfolgreich beschreibt, misst und vorhersagt, wann die Bakterien Toleranz gegenüber einem bestimmten Antibiotikum entwickeln würden. Darüber hinaus beobachteten sie, dass es im Falle einer Toleranz-Entwicklung von Bakterien wahrscheinlicher ist, dass auch Toleranz gegenüber anderen Antibiotika entwickelt wurde. „Wir beobachteten, dass Bakterien innerhalb weniger Tage Toleranz entwickelten. Diese Toleranz-Mutationen agierten als Trittbrett zum Erlernen von Resistenzen und damit zum Therapieversagen,” beschrieb Balaban.

Bei der Analyse von täglichen Bakterien-Proben von Patienten, die an einer lebensbedrohlichen, persistierenden MRSA-Infektion litten (Methicillin-resistentem Staphylococcus aureus), fanden sie ein ähnliches Muster: Zunächst entwickelten die Bakterien Toleranz und anschließend scheiterte die antibiotische Behandlung. 

Für die Zukunft schätzt Balaban, dass dieselben evolutionären Prozesse, die an der Entwicklung von antibiotischer Toleranz und Resistenz beteiligt sind, wahrscheinlich auch beim Krebs eine Rolle spielen und somit für die Behandlung genutzt werden könnten. Beispielsweise könnten Tumorzellen zunächst gegenüber Chemotherapie tolerant werden, Resistenzen dieser gegenüber entwickeln, und dann auch Resistenz gegenüber anderen Krebsmedikamenten entwickeln.

Kurzfristig möchten Balaban und Bar-Meir Patienten mit lebensbedrohlichen Infektionen neue Hoffnung geben und medizinische Zentren dazu ermutigen, die entwickelten Labortests anzunehmen. Das würde es Ärzten ermöglichen, schnell und einfach herauszufinden, ob die Bakterien eines Patienten tolerant auf eine geplante Antibiotika-Behandlung regieren. Basierend auf dem Bakterien-Profil des Patienten, könnten Ärzte erfolgreiche Antibiotika wählen und nicht wie bisher Antibiotika auswählen, auf die der Patient bereits eine Toleranz entwickelt hat. „Der Gebrauch der korrekten Kombination vorhandener antibiotischer Medikamente könnte die Überlebensrate von Patienten deutlich erhöhen, bevor ihre Infektion Toleranzen gegenüber allen Antibiotika entwickelt”, sagte Balaban.

(Sprecher der Hebräischen Universität Jerusalem, 15.01.2020)