Antibiotikaresistente Mikroben im Brunnenwasser passieren Standardfilter

Standardtests zur Wasserqualität beginnen gewöhnlich mit einem Filter. Forschende sieben Wasser durch ein Netz, dessen Poren klein genug sind, um die meisten Bakterien zurückzuhalten, untersuchen den Rückstand und verwerfen, was hindurchgelangt.

Dieser durchgelaufene Anteil galt jahrzehntelang als steril. Eine neue Studie legt jedoch nahe, dass diese Annahme falsch sein könnte.

Bei der Untersuchung von Brunnenwasser im ländlichen Süden Chinas suchten Wissenschaftler im vermeintlichen Restmaterial – und fanden darin Lebewesen.

Unterhalb des Filters

Ein Forschungsteam unter Leitung von Dr. Fang-Zhou Gao von der South China Normal University (SCNU) nahm gezielt jene bislang ignorierte Fraktion in den Blick.

Die Gruppe entnahm Brunnenwasser in acht Dörfern des Landkreises Bobai in Südchina und fahndete nach Mikroben, die für übliche Filter zu klein sind.

Die meisten Wasseranalysen setzen Filter ein, welche gewöhnliche Bakterien auffangen. Gaos Team untersuchte stattdessen den Anteil, der diese Filter passiert hatte.

Was die Forschenden daraus isolierten, war keineswegs leer, sondern dicht besiedelt: Sie wiesen mehr als 8.000 Arten nach.

Es handelte sich um eine verborgene, ebenso vielfältige wie unsichtbare Gemeinschaft, vergleichbar mit unterirdischem Leben, das auch andere Studien bereits beschrieben haben.

Getarnte Krankheitserreger im Brunnenwasser

Ein Name tauchte in den Proben immer wieder auf. Acinetobacter bezeichnet eine Bakteriengruppe, die für einige der hartnäckigsten Infektionen in Krankenhäusern verantwortlich ist.

Sechs der zehn häufigsten krankheitserregenden Mikroben im Wasser gehörten zu dieser Gruppe.

Darunter befand sich Acinetobacter baumannii, ein berüchtigter Auslöser arzneimittelresistenter Infektionen.

Allein diese Art stellte rund 16 Prozent der Gemeinschaft kleinster Mikroben. Das ist ein auffällig hoher Anteil für eine Spezies, der außerhalb von Krankenhäusern ein schlechtes Überleben zugeschrieben wird. Ein Krankenhauskeim hatte sich im gewöhnlichen Wasser verborgen.

Bakterien dieser Gruppe sind normalerweise groß genug, um von Filtern abgefangen zu werden. Dass sie in der kleinsten Größenfraktion vorkamen, deutet darauf hin, dass sie möglicherweise eine ungewöhnlich kleine Form angenommen hatten.

Frühere Arbeiten hatten Brunnen auf landwirtschaftlich genutzten Flächen bereits als Hotspots für Antibiotikaresistenz eingestuft. In dieser Größenklasse war das bislang jedoch nicht dokumentiert worden.

Bewaffnet und aktiv

Viele dieser Mikroben waren nicht nur vorhanden, sondern auch ausgerüstet. Über alle Proben hinweg zählte das Team mehr als 1.100 Antibiotikaresistenzgene.

Diese Gene enthalten die Bauanleitungen, mit denen Bakterien den Medikamenten widerstehen können, die sie eigentlich abtöten sollen.

Etwa 700 dieser Gene waren aktiv. Während ein stillgelegtes Gen keine Wirkung entfaltet, produziert ein aktives Gen Proteine, welche die Wirkung von Antibiotika abschwächen.

Ein Befund war besonders bemerkenswert: In einer wenig erforschten Gruppe extrem kleiner Bakterien entdeckten die Forschenden ein Gen, das Resistenz gegen eine verbreitete Antibiotikaklasse verleiht.

Schläfer werden geweckt

Unter den kalten und nährstoffarmen Bedingungen des Brunnenwassers reagierten die meisten dieser Mikroben nur schwach resistent auf Antibiotika. Anschließend fütterten die Forschenden sie, überführten sie in eine nährstoffreiche Nährlösung und gaben ihnen Zeit zur Erholung.

Daraufhin kehrten die zuvor trägen Mikroben mit großer Stärke zurück. Insgesamt 62 Arten erlangten neue Widerstandskraft und trotzten zehn Antibiotika, die sie zuvor kaum vertragen hatten.

Unter den wiederbelebten Arten waren 17 Mikroben, von denen bekannt ist, dass sie Menschen krank machen können. Dieses Muster spricht dafür, dass es sich nicht um tote Zellen handelte, sondern um lebende Zellen im Bereitschaftszustand.

Die Resistenzgene waren die ganze Zeit vorhanden gewesen, doch die Bedingungen im Brunnen verhinderten offenbar ihre vollständige Ausprägung.

Mikrobiologen kennen dieses Verhalten: Bakterien werden unter Stress inaktiv, schrumpfen und erwachen erneut zum Leben, sobald sich ihre Umgebung verbessert.

Die Studie ergänzt, dass diese Zellen ihre Resistenzgene offenbar während der gesamten Zeit aktiv hielten. Sie waren ruhig, aber nicht wehrlos.

Gemeinsame Gene

Eine Frage blieb offen: Wenn das Wasser resistente Mikroben enthält, lassen sich deren Gene dann auch bei den Menschen nachweisen, die es trinken?

Um das zu prüfen, sammelte das Team Stuhlproben von 69 gesunden Einwohnern. Mehr als 650 Resistenzgene fanden sich sowohl im Brunnenwasser als auch im Darmmikrobiom der Bewohner.

Diese zweite Gemeinschaft, die aus den zahlreichen Bakterien des menschlichen Darms besteht, steht in engem Zusammenhang mit dem Einsatz von Antibiotika.

Von den gemeinsamen Genen waren 42 exakte genetische Übereinstimmungen, also im Wasser und im menschlichen Darm identisch.

Derart eindeutige Treffer bedeuten üblicherweise, dass ein Gen zwischen beiden Umgebungen übertragen wurde, statt sich lediglich zu ähneln.

Damit ist nicht bewiesen, dass das Wasser den Darm besiedelt hat. Es zeigt jedoch eine Verbindung zwischen den Organismen im Brunnen und jenen im Inneren der Menschen, die dieses Wasser trinken.

Die Zukunft von sauberem Wasser

Bislang nahm man allgemein an, dass die Mikroben, welche Standardfilter passieren, für eine Sequenzierung zu spärlich vorhanden seien.

Nun haben Forschende gezeigt, dass in diesem übersehenen Größenbereich eine vollständige Gemeinschaft resistenter Mikroben gedeihen kann.

Für das Team ergibt sich daraus eine praktische Konsequenz. Programme zur Überwachung von Antibiotikaresistenz sollten diese vernachlässigte Größenklasse künftig mitbeproben, vor allem in ländlichen Brunnen, die ganze Gemeinschaften versorgen.

Die Untersuchung kann noch nicht klären, wie weit diese Muster über einen einzelnen Landkreis hinausreichen oder wie häufig Gene tatsächlich zwischen Wasser und Menschen wechseln. Das bleibt offen.