Morbus Crohn geht mit einem anhaltenden Ungleichgewicht der Darmmikrobiota einher. Unter den mit dieser Erkrankung assoziierten Bakterien wurden adhärent-invasive Escherichia-coli-Stämme (AIEC) mit den Krankheitsmechanismen in Verbindung gebracht: Sie besiedeln die intestinalen Epithelzellen, überleben und vermehren sich aber vor allem innerhalb von Makrophagen. Der Referenzstamm dieses Pathovars, AIEC LF82, bildet Mikrokolonien innerhalb der Phagolysosomen, eines an sich toxischen Kompartiments, das die Proliferation kommensaler E. coli verhindert. Bisher waren der Wachstumszustand von LF82 in dieser Umgebung sowie die Signale, die seine intrazelluläre Vermehrung auslösen, nur unzureichend bekannt.Um diese Fragen zu beantworten, kombinierten die Autoren Einzelzellanalyse, genetische Dissektion und mathematische Modellierung, um den Wachstumsstatus und die Regulation des Zellzyklus der internalisierten Bakterien zu verfolgen. Die Infektionen von aus der Zelllinie THP1 abgeleiteten humanen Makrophagen wurden bei einer Infektionsmultiplizität von 30 durchgeführt, was dazu führte, dass eine Stunde nach der Infektion im Durchschnitt drei Bakterien pro Makrophage beobachtet wurden. Fluoreszierende Biosensoren, ein Fluoreszenzverdünnungsassay, das Werkzeug TIMER und Gentamicin-Schutztests ermöglichten die Quantifizierung von Wachstum, Viabilität und Antibiotikatoleranz, während ein Modell mit drei Differentialgleichungen die Kinetik der Infektion rekonstruierte.Die Arbeiten zeigen, dass sich die Bakterien innerhalb der Makrophagen entweder replizieren oder zu einem nicht proliferierenden Phänotyp übergehen können. Dieser Übergang resultiert aus zwei aufeinanderfolgenden Mechanismen. Unmittelbar nach der Internalisierung blockiert die stringente Antwort für einige Stunden den Replikationszyklus von AIEC LF82; während dieses Zeitraums erwirbt ein erheblicher Anteil der Bakterien die Fähigkeit, eine antibiotische Behandlung zu tolerieren. Wenn die Vermehrung in einer zweiten Phase wieder einsetzt, erfordert sie die DNA-Reparatur, was darauf hindeutet, dass die Bakterien in den ersten Stunden der Infektion Schäden angesammelt haben. Diese genotoxische Beeinträchtigung geht mit der Induktion der SOS-Antwort einher, und aus der wachsenden Population gehen häufig nicht proliferierende Bakterien hervor. Insgesamt erreicht der Anteil der antibiotikatoleranten Bakterien bis zu 10 % der Population. Die mit Ciprofloxacin, Cefotaxim und Ofloxacin durchgeführten Toleranztests bestätigen, dass diese dormanten Zellen gegenüber Antibiotika unterschiedlicher Klassen resistent sind.Somit induzieren die im intrazellulären Milieu vorgefundenen Belastungen eine phänotypische Heterogenität bei AIEC LF82 und erzeugen nicht proliferierende Bakterien. Die Autoren postulieren, dass diese Subpopulation ein Reservoir antibiotikatoleranter Bakterien darstellt, das der Ursprung rezidivierender Infektionen sein könnte.