Sporenzyklus

Der ökologische Sporenzyklus
im Erdboden, im Wasser, in Pflanzen, Tieren, Menschen und in Lebensmitteln, in Arzneimitteln und in anderen industriellen Erzeugnissen

und seine Bedeutung für den horizontalen Gentransfer von Antibiotika-Resistenz-Genomen

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Der „ökologische Sporenkreislauf“ bezeichnet

·         die natürlichen Wege, auf denen Sporen von Bakterien und Pilzen von einem Ort zum anderen gelangen können;

·         die natürlichen Vektoren in der belebten und unbelebten Natur, auf welchen und in welchen sich Bakteriensporen auf ihren Verbreitungswegen aufhalten;

·         und ebenso solche Orte und solche Wege, die durch menschliche Technik und durch Personen- und Güterverkehr geschaffen werden.

Bekannt und häufig beschrieben sind solche Kreisläufe in der Natur, wie der Wasserkreislauf und der Kohlenstoffkreislauf, und ebenso auch Kreisläufe in der von Menschen geschaffenen wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Zivilisation, z.B. der Kreislauf des Geldes in der Wirtschaft.

Als ein zunächst gar nicht erwartetes Ergebnis der Erforschung der Resistenzverbreitung zwischen pathogenen und apathogenen Bakterienstämmen über extrem hitzestabile Sporen mittels der seit April 2015 veröffentlichten „fraktionierten Germination“ DE 10 2014 006 485 B3 2015.04.23 und DE 10 2015 005 378 B3 2015.11.12 konnten Krause und Florian Ende 2015 ihre Fließbilder zur Darstellung des „ökologischen Sporenkreislaufes“ erarbeiten und veröffentlichen (krause-multiresistenz-patentverwaltung.de/sporen).

 

Obwohl die einzelnen Stationen im Sporentransfer in der Fachliteratur bekannt sind, ist die Kenntnis der Zusammenhänge als eine wichtige natürliche Ursache der Resistenzverbreitung bisher nicht vorhanden bzw. nicht öffentlich bekannt.

Gemeinsam mit allen anderen aktuellen Erbanlagen des einzelnen vegetativen Bakteriums jeder Sporen bildenden Spezies werden auch die aktuellen Resistenzgenome in den thermostabilen Sporen konserviert und über erdgeschichtliche Zeiträume unverändert tradiert, solange sie nicht durch Germination in geeigneten Medien wieder zur vegetativen Bakterienform auskeimt und wieder am Genaustausch teilnimmt..

Solche nicht ausgekeimten Bakteriensporen kommen in Wasser und Eis, im Erdboden, in Pflanzen, Tieren und Menschen vor und werden sowohl durch die natürlichen Ortsveränderungen dieser belebten und unbelebten Vektoren (z.B. auch durch Zugvögel) oder zivilisationsbedingt (transkontinentale Gütertransporte, Reisen) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit lokal und global verbreitet (siehe die Abbildungen auf dieser Seite).

Auf und innerhalb dieser belebten und unbelebten Vektoren können die Sporen auskeimen, müssen es aber nicht, und die ausgekeimten vegetativen Bakterien können sich auch bereits wieder versporen, bevor alle invadierten Bakteriensporen im Medium vollständig ausgekeimt sind („spore forming“).

Innerhalb der Sporen von Bakterien- und Pilzspezies verändern sich die Resistenzgenome nach bisherigen Erkenntnissen nicht, anders jedoch in den vegetativen Phasen dieses Kreislaufes.

In diesen vegetativen Bakterien kommt die Eigenschaft vieler Spezies zum Tragen, untereinander, also horizontal, Resistenzgenome verbreiten zu können, und dabei auch von symbiontischen, apathogenen Arten oder Stämmen auf pathogene Bakterien und umgekehrt.

Ermöglicht wird der horizontale Gentransfer dadurch, dass auch die Resistenzgenome durch drei Mechanismen in nicht-resistente Zellen gelangen können: Transformation, Konjugation und Transduktion durch Phagen.

Bei der Transformation nehmen Bakterien Resistenzgene aus ihrer Umgebung auf, darunter auch von toten Zellen resistenter Bakterien. Durch Konjugation können Resistenzgene, die auf einem Plasmid sind, in vordem nicht-resistente Empfängerzellen übertragen werden. Transduktion nennt man, wenn Bakteriophagen in ihrem Vermehrungszyklus auf resistenten Bakterien deren Resistenzgene nach der Zerstörung der Bakterienzellen mitnehmen und auf bisher nicht-resistente Zellen übertragen. Konjugation und Transduktion geschehen dann im Erdboden in die apathogenen vegetativen Erdbakterien hinein wie auch in Bakterien, die sich in anderen belebten und unbelebten Vektoren aufhalten.

Die sehr rasch, oft schon innerhalb weniger Tage verlaufenden Resistenzübertragungen zwischen verschiedenen Bakterienarten sind in zahlreichen Publikationen ⁸(„Erworbene Resistenz”, in: 1.5 Genetik von Bakterien und Viren, 1.5.2 Resistenz; zum.de/Faecher/Materialien/beck/13/bs13-8.htm), ⁹(Stecher, Bärbel: „Gut inflammation can boost horizontal gene transfer between pathogenic and commensal Enterobacteriaceae”, PNAS, 2012; doi: 10.1073/pnas. 1113246109) und ¹⁷(Tierklinik.de Escherichia coli – Colibacillose Fortpflanzung der Bakterien – Konjugation) im Internet seit einigen Jahren hinreichend belegt und gehören zum Stand der Technik. Unsere eigenen mehrjährigen klinischen Untersuchungen konnten diesen Sachverhalt auch für bakterielle Sporenbildner bestätigen.

Die Verdoppelung der meisten Bakterienspezies durch Teilung erfolgt so schnell, dass an jedem Tage die Zahl der resistenten Bakterien sich in beachtlichen Zehnerpotenzen vergrößert ¹⁵(„Erworbene Resistenz”, in: 1.5 Genetik von Bakterien und Viren, 1.5.2 Resistenz, zum.de/Faecher/Materialien/beck/13/bs13- 8.htm), ¹⁶(Stecher, Bärbel: „Gut inflammation can boost horizontal gene transfer between pathogenic and commensal Enterobacteriaceae”, PNAS, 2012; doi: 10.1073/pnas. 1113246109). Wir haben nach der Germination der Sporen bei jeweils spezifischer optimaler Temperatur eine Vervielfachung der ausgekeimten Bakterien auf 10⁶ innerhalb von 24 Stunden ermitteln können.

Jedermann ist bekannt, dass Bazillensporen im Brot sogar den Backvorgang überleben können und beispielsweise der Kartoffelbazillus (Bacillus mesentericus) das Fadenziehen des Brotes verursacht (www.wissensforum-backwaren. deles/wfb_broschuere25_d.pdf), wobei im Backofen zum Anbacken Temperaturen von 230 bis 280°C und zum Ausbacken von 180–230°C herrschen.

Die Möglichkeiten und Gefahren sowohl des horizontalen Gentransfers als auch die damit verbundene, Generationen überdauernde Speicherfunktion der Sporenbildner für mannigfaltige genetisch tradierte Eigenschaften der gesamten, miteinander im Genaustausch stehenden Bakterienpopulationen verschiedener Zeitalter, wird heute noch weitgehend ignoriert ¹⁸(Hartmann, A.: „Übertragung von Erbmaterial – Horizontaler Gentransfer”, mensch + umwelt spezial 17. Ausgabe 2004/2005, Abschn. 59 „Insbesondere ist ein horizontaler Gentransfer an sich nicht als Gefährdung zu werten ....”).

Beim „spore forming“ werden auch diese erworbenen Resistenzeigenschaften in den neuen Sporen konserviert und transportiert und gelangen so auch in aus biologischem Material hergestellte Erzeugnisse, z.B. auch in die Hilfsstoffe der Arzneimittel (DE 10 2014 006 485 B3 2015.04.23).

Eine weitere, durch Ignoranz der Sporeneigenschaften ermöglichte Ursache für die selektive Verbreitung von Bakterienspezies mit hoch hitzeresistenten Sporen ist die quasi gesetzgeberisch legitimierte Verwendung von Testsporen des Geobacillus stearothermophilus als Indikator einer angeblich erfolgreichen Sterilisierung.

Die Behauptung „Die Thermoresistenz ist so abgestimmt, dass die Sporen – von Geobacillus stearothermophilus ATCC 7953 (sporulationsoptimiert) – durch Erhitzen in gespanntem Dampf nach 15 Minuten bei nicht weniger als 121° ± 0,5°C (245 kPa) eine vollständige Abtötung erfahren” (www.unimarburg.de/sicherheit/autoklavencheck.pdf) ist eine völlig unzutreffende Verallgemeinerung und ignoriert die Existenz hoch hitzestabiler (bis über 190 °C) Bakteriensporen.

In den heute angewandten Labor-Untersuchungsverfahren werden die Möglichkeiten und Gefahren des horizontalen Gentransfers zwischen verschiedenartigen vegetativen Keimen, die auch ohne eigene Kontakte zu Antibiotika nachgewiesen werden ¹¹(Tierklinik.de Escherichia coli – Colibacillose Fortpflanzung der Bakterien – Konjugation), fast vollständig ignoriert, und es ist deshalb nicht verwunderlich, wenn die gesundheitlichen Schäden durch Multiresistenzen werden trotz zwar erfolgter – aber eben meist nur selektiver – Wirksamkeitsprüfung immer noch weiter zunehmen.

Noch entscheidender für die rasche, weltweite Verbreitung der Resistenzgenome über den ökologischen Sporenzyklus sind die selektiv angereicherten resistenten Bakterien in den Exkrementen der Tierhaltung, die auf den Feldern und Wiesen eine Gentransformation in den Erdbakterien bewirken, welche  dann über ihre Sporen in die Nahrungskette für Mensch und Tier gelangen, und dann unter anderem durch den weltweiten Export von Nahrungsmitteln, Getränken und vor allem auch Saatgut aus Industrieländern mit stark Antibiotika-behafteten Ackerflächen über alle Kontinente verbreitet werden.

Viele Infektionen und Reinfektionen mit multiresistenten und zunehmend auch omniresistenten Bakterien, die an Morbidität und Mortalität beteiligt sind und oft auch als Verursacher dieser Erkrankungen angesehen werden, werden Mängeln in der Krankenhaushygiene zugeschrieben. Alle Bemühungen um Verminderung der taktilen und aerogenen Kontakte zwischen Patienten, Pflegern und Geräten sind aber von vorn herein zur Erfolglosigkeit verurteilt, wenn immer wieder flächendeckend auch über kontaminierte Medikamente neue Resistenzgenome in die Bakterienpopulationen solcher Einrichtungen hineingetragen wurden, für die infolge der hohen Keimdichte im krankheitsgeschädigten Organismus eine um Zehnerpotenzen höhere Rate des horizontalen Gentransfers nachgewiesen wurden ²⁴(im Internet unter „Gentransfer”, z. B. www.rki.de (PRESSE/TH FR. HTM), www.zum.de/Faecher/Materialien/beck/13/bs13-8.htm, PNAS, 2012; doi: 10.1073/pnas. 1113246109).

Die kombinierten Effekte der hohen Wachstumsraten, hohen Zellkonzentrationen, Mutation und Selektion und die Fähigkeit des Genaustauschs führen zu einer großen Adaptations- und Evolutionsrate bei den Bakterien sowohl im ökologischen Sporenzyklus als auch dann bei den immunitätsgeschwächten Patienten in den Krankenhäusern selbst.

Ohne Kenntnis und Anerkenntnis der ökologischen und zivilisatorischen Kreisläufe der Bakteriensporen bleiben eine lückenlose Ursachenanalyse und eine zielgerichtete Bekämpfung der bisher ständig ansteigenden iatrogenen und pharmakogenen Morbidität und Mortalität unvollständig.

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