Neue Ansätze im Kampf gegen antibiotikaresistente Bakterien
Antibiotika werden nicht nur zur Behandlung einfacher Infektionen eingesetzt. Auch komplexe medizinische Interventionen – wie Chemotherapie, Organtransplantationen und Herzoperationen – sind in hohem Maße von der Wirksamkeit dieser Arzneimittel abhängig. „Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir die uns zur Verfügung stehenden Antibiotika sinnvoll einsetzen“, erklärt die Koordinatorin des Projekts ChronosAntibiotics Mariana Pinho von der Neuen Universität Lissabon in Portugal. „Mit der Zeit haben Bakterien eine unglaubliche Fähigkeit, Resistenzen gegen praktisch alle Antibiotika zu entwickeln.“ Dies ist ein Grund, warum die Entwicklung neuer Antibiotika so schwierig und kostspielig ist. Eine große Sorge ist, dass ein vielversprechendes neues Medikament aufgrund von Resistenzen schnell obsolet werden könnte. Bei vielen neuen Wirkstoffen entscheiden die Pharmaunternehmen, dass sich die Durchführung teurer und zeitaufwändiger klinischer Studien einfach nicht lohnt.
Effiziente neue Wege zum Screening antimikrobieller Wirkstoffe
Im Projekt ChronosAntibiotics, das vom Europäischen Forschungsrat unterstützt wurde, wurde versucht, diese klinische Herausforderung mit einem zweigleisigen Ansatz anzugehen. Das erste Ziel war es, besser zu verstehen, wie sich Bakterien teilen. Das Projektteam konzentrierte sich auf das Bakterium Staphylococcus aureus (S. aureus), einen klinischen Krankheitserreger. „Wenn wir verstehen, wie sich ein Erreger teilt, können wir neue Wege finden, um seine Teilung während einer Infektion zu verhindern“, so Pinho. Das Projekt begann mit dem Screening von S.-aureus-Genen mittels Fluoreszenzmikroskopie und dem Einsatz von maschinellem Lernen zur automatischen Analyse von Zellen. „Auf diese Weise konnten wir das Zellzyklus-Stadium von Zehntausenden von Zellen bestimmen und spezifische Mutanten identifizieren, die in der Zellzyklus-Progression beeinträchtigt sind“, sagt Pinho. „Wir haben dann die biologische Rolle der Proteine untersucht, die bei den einzelnen Mutanten fehlen. Dadurch konnten wir neue Mechanismen der Zellzyklus-Regulierung sowie bisher unbekannte Proteine aufdecken, die für eine korrekte Chromosomentrennung erforderlich sind. Diese sind entscheidend für das Überleben der Bakterien in einem infizierten Wirt.“
Analyse von Verbindungen zur Hemmung des Bakterienwachstums
Das zweite Ziel des Projekts war die Entwicklung effizienterer Methoden für das Screening antimikrobieller Verbindungen auf der Grundlage eines besseren Verständnisses der zellulären bakteriellen Prozesse. Das Team entwickelte Bakterienstämme, die in Gegenwart von Verbindungen, die das Bakterienwachstum hemmen sollen, fluoreszieren. „Wir wollten Stämme konstruieren, die auf das Vorhandensein einer bestimmten Klasse von Antibiotika oder auf die Hemmung eines Stoffwechselweges reagieren, den wir möglicherweise ins Visier nehmen wollen“, erklärt Pinho. „Dies könnte eine Hemmung der Zellwandsynthese, der Fettsäurebiosynthese oder der DNA-Synthese bedeuten.“ Pinho und ihr Team glauben, dass diese Bakterienstämme zu einem effizienteren Screening und zur Untersuchung potenzieller neuer Antibiotika führen könnten.
Verständnis der Biologie von Krankheitserregern
Was das erste Ziel betrifft, so ist Pinho der Ansicht, dass das Projekt einen wertvollen Beitrag zu einem äußerst wichtigen Bereich der klinischen Gesundheitsversorgung geleistet habe. „Es ist immer wichtig, etwas über die Biologie von Krankheitserregern zu lernen“, sagt sie. „Ich kann nicht mit Sicherheit sagen, dass unsere Ergebnisse die Entdeckung von Antibiotika direkt beschleunigen werden. Wenn wir jedoch nicht versuchen, diese Organismen besser zu verstehen, werden wir unsere Möglichkeiten zur Entwicklung neuer antimikrobieller Strategien einschränken.“ Hinsichtlich des zweiten Ziels stellt Pinho fest, dass die Screening-Technologie weiter optimiert werden müsse. Dennoch hofft sie, dass diese Innovation schließlich zur Entdeckung neuer antimikrobieller Verbindungen führen werde. „Ein weiteres langfristiges Vermächtnis dieses Projekts werden die neuen Forschenden sein, die im Rahmen dieses Projekts ausgebildet wurden“, so Pinho. „Wir hoffen, dass sie weiter an diesem Thema arbeiten und schließlich ihre eigenen Labors leiten werden.“
Schlüsselbegriffe
ChronosAntibiotics, bakteriell, Biologie, Arzneimittel, Wirkstoff, antimikrobiell, Antibiotika