Nasales Mikrobiom: Ressourcenknappheit als Chance gegen Staphylokokken

Potenziell gefährliche Staphylokokken konkurrieren in der menschlichen Nase mit anderen Bakterien um Biotin. Das könnte neuer Ansatzpunkt im Kampf gegen die Keime sein.

Im Mikrobiom der Nase kommen neben harmlosen auch potenziell gefährliche Keime vor: Ein Beispiel ist Staphylococcus aureus. Der „Krankenhauskeim“ ist berüchtigt, da manche Staphylokokken-Stämme umfassende Antibiotikaresistenzen ausgebildet haben. Etwa ein Drittel der Menschen beherbergt S. aureus. Ob es sich dort wohlfühlt, hängt allerding sehr von den Kommensalen ab. Diese können sowohl wachstumsfördernde als auch hemmende Einflüsse auf S. aureus ausüben.

Wie eine kürzlich im „ISME Journal“ veröffentlichte Studie nun zeigt, spielt Konkurrenz im nährstoffarmen Lebensraum Nase dabei eine große Rolle. „Es gibt einen aktiven Wettkampf zwischen S. aureus und nasalen Kommensalen um das Vitamin Biotin, der die Fitness von S. aureus beeinflusst“, erklärt Simon Heilbronner, Professor für Mikrobiologie am Biozentrum der LMU und Leiter der Studie. Der Infektionsbiologe und sein Team untersuchten, welche molekularen Mechanismen solchen Interaktionen zwischen S. aureus und seinen Kommensalen zugrunde liegen.

Knappe Ressource Biotin

Biotin ist als Kofaktor für Enzyme unentbehrlich für verschiedene Stoffwechselpfade, darunter die Gluconeogenese, die Fettsäuresynthese und der Abbau von Aminosäuren. Da der menschliche Körper Biotin mit der Nahrung aufnehmen muss, bleibt die Konzentration im Gewebe generell niedrig. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Biotin auch in der Nasenhöhle nur sehr begrenzt verfügbar ist und dass ein Mangel das Wachstum und die Funktionalität der Zellmembran von S. aureus negativ beeinträchtigen“, erläutert Simon Heilbronner.

Das Bakterium kann zwar – ebenso wie einige seiner Kommensalen – auch selbst Biotin produzieren, die Synthese verbraucht jedoch sehr viel Energie und über Prozesse an der Zellmembran gehen zudem stetig gewisse Mengen des Vitamins unfreiwillig wieder verloren. „Alle untersuchten nasalen Bakterienstämme verfügen daher über sehr effektive molekulare Mechanismen für die Aufnahme des Vitamins.“ Ein entscheidender Faktor angesichts der um diese wichtige Substanz herrschenden Konkurrenz.

Manche Staphylokokken können kein Biotin produzieren

Hinzu kommt, dass manchen Bakterien – vor allem Koagulase-negative Staphylokokken –stark auf Nachbarn angewiesen sind, die Biotin produzieren können, weil ihnen selbst diese Fähigkeit gänzlich fehlt. Sie zehren also von der Produktion anderer und haben damit Einfluss auf die Menge verfügbaren Biotins im Lebensraum Nase. So bleibt das Vitamin Mangelware und damit ein limitierender Faktor für das Wachstum.

„Wir konnten zeigen, dass Biotin die Wechselbeziehungen zwischen den Arten des menschlichen Nasenmikrobioms stark beeinflusst und sowohl für Konkurrenz als auch für gegenseitige Abhängigkeiten sorgt“, so Heilbronner. „Trotz seiner Fähigkeit, selbst Biotin zu produzieren, ist S. aureus darauf angewiesen, zusätzlich Biotin aus der Umwelt aufzunehmen, um optimal wachsen zu können.“

Das wäre ein möglicher Ansatzpunkt bei der Bekämpfung multiresistenter Staphylokokken: „Man könnte gezielt Probiotika bestehend aus Kommensalen entwickeln, die S. aureus nicht mit Biotin versorgen, sondern ihm Konkurrenz machen. Und neue Wirkstoffe nutzen, die die Synthese oder Aufnahme von Biotin blockieren. Damit sollte sich S. aureus aus der Nase vertreiben lassen.“