Kunststofffressende Bakterien könnten Krankenhausinfektionen verschärfen

Kunststoffverschmutzung gehört zu den prägenden Umweltproblemen unserer Zeit – doch ausgerechnet einige der kleinsten Organismen der Natur könnten einen unerwarteten Ausweg bieten.

In den vergangenen Jahren haben Mikrobiologinnen und Mikrobiologen Bakterien entdeckt, die unterschiedliche Kunststoffarten abbauen können. Das weist auf einen nachhaltigeren Lösungsweg hin.

Diese „kunststofffressenden“ Mikroben könnten eines Tages dazu beitragen, die riesigen Abfallmengen in Deponien und Ozeanen zu verringern. Allerdings sind sie nicht in jedem Fall die ideale Lösung: In einer ungeeigneten Umgebung könnten sie erhebliche Probleme verursachen.

Kunststoffe werden in Krankenhäusern vielfach eingesetzt, etwa für Nähte – insbesondere selbstauflösende –, Wundauflagen und Implantate. Könnten die in Kliniken vorkommenden Bakterien Kunststoff also abbauen und sich davon ernähren?

Um diese Frage zu beantworten, untersuchten wir die Genome bekannter Krankenhauspathogene, also schädlicher Bakterien. Dabei prüften wir, ob sie dieselben kunststoffabbauenden Enzyme besitzen, die bei einigen Bakterien in der Umwelt gefunden wurden.

Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass manche Krankenhauskeime, darunter Pseudomonas aeruginosa, möglicherweise Kunststoff zersetzen können.

P. aeruginosa wird weltweit jährlich mit etwa 559.000 Todesfällen in Verbindung gebracht. Viele dieser Infektionen werden in Krankenhäusern erworben.

Besonders gefährdet für eine Infektion mit P. aeruginosa sind Patientinnen und Patienten, die beatmet werden oder nach Operationen beziehungsweise Verbrennungen offene Wunden haben. Dies gilt ebenso für Menschen mit Kathetern.

Nach unserer computergestützten Durchsuchung bakterieller Datenbanken beschlossen wir, die Fähigkeit von P. aeruginosa, Kunststoff zu verwerten, im Labor zu testen.

Pseudomonas aeruginosa nutzt Kunststoff als Nahrungsquelle

Wir konzentrierten uns auf einen bestimmten Stamm dieses Bakteriums, der ein Gen zur Bildung eines kunststoffabbauenden Enzyms trug. Er war aus einer Patientin oder einem Patienten mit einer Wundinfektion isoliert worden. Dabei zeigte sich, dass der Stamm Kunststoff nicht nur abbauen, sondern ihn auch als Nahrungsquelle für sein Wachstum nutzen konnte. Verantwortlich dafür ist ein Enzym, das wir Pap1 nannten.

Biofilme

Die Weltgesundheitsorganisation stuft P. aeruginosa als Krankheitserreger mit hoher Priorität ein. Das Bakterium kann widerstandsfähige Schichten, sogenannte Biofilme, bilden. Diese schützen es vor dem Immunsystem und Antibiotika, weshalb Infektionen sehr schwer zu behandeln sind.

Unsere Forschungsgruppe hatte bereits gezeigt, dass Umweltbakterien Kunststoff schneller zersetzen können, wenn sie Biofilme bilden. Deshalb fragten wir uns, ob ein kunststoffabbauendes Enzym P. aeruginosa dabei helfen könnte, krankheitserregender zu werden. Auffälligerweise ist das der Fall: Das Enzym machte den Stamm schädlicher und unterstützte ihn dabei, größere Biofilme aufzubauen.

Um nachzuvollziehen, wie P. aeruginosa auf Kunststoff einen größeren Biofilm erzeugte, zerlegten wir den Biofilm. Anschließend analysierten wir seine Bestandteile und fanden heraus, dass dieser Erreger größere Biofilme bildete, indem er den abgebauten Kunststoff in seinen schleimigen Schutzschild einbaute – die fachlich als „Matrix“ bezeichnete Struktur. P. aeruginosa verwendete den Kunststoff als Zement, um eine stabilere Bakteriengemeinschaft zu errichten.

Risiken kunststoffabbauender Krankenhauskeime

Krankheitserreger wie P. aeruginosa können in Krankenhäusern lange überleben, wo Kunststoffe allgegenwärtig sind. Könnte diese Beständigkeit in Kliniken auf die Fähigkeit der Erreger zurückgehen, Kunststoffe zu fressen? Wir halten das für eine reale Möglichkeit.

Viele medizinische Behandlungen setzen Kunststoff ein, beispielsweise orthopädische Implantate, Katheter, Zahnimplantate und Hydrogelauflagen zur Behandlung von Verbrennungen. Unsere Studie legt nahe, dass ein Erreger, der den Kunststoff solcher Medizinprodukte abbauen kann, zu einem schwerwiegenden Problem werden könnte. Dadurch könnte eine Behandlung scheitern oder sich der Zustand der betroffenen Person verschlechtern.

Glücklicherweise arbeiten Forschende an Lösungen, etwa indem sie medizinischen Kunststoffen antimikrobielle Stoffe hinzufügen, um Keime daran zu hindern, sich von ihnen zu ernähren. Da nun bekannt ist, dass manche Keime Kunststoff abbauen können, muss dies bei der Auswahl von Materialien für künftige medizinische Anwendungen berücksichtigt werden.

Ronan McCarthy, Professor für biomedizinische Wissenschaften, Brunel University of London, und Rubén de Dios, Postdoktorand in Biotechnologie, Brunel University of London

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz von The Conversation erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.