Entdeckung zielt erstmals auf die bakteriellen „Persister“ ab, die für viele anhaltende Krankheiten verantwortlich sind

Forscher vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University und von der Boston University haben einen wirksamen, kostengünstigen Ansatz zur Behandlung chronischer bakterieller Infektionen wie Staphylokokken und Harnwegsinfektionen und möglicherweise sogar Streptokokken und Tuberkulose entwickelt. Ihre Ergebnisse erscheinen in der Ausgabe vom 12. Mai in Nature.

Chronische und wiederkehrende Infektionen werden in der Regel durch bakterielle „Persister“ verursacht – eine kleine Unterpopulation von Bakterien, die es schaffen, einen Antibiotika-Angriff zu überleben, indem sie sich im Wesentlichen abschalten und „schlafen“, selbst wenn ihre Gegenspieler, die wach sind, abgetötet werden.

Infolgedessen scheint der Patient zunächst vollständig genesen zu sein, doch im Laufe von Wochen oder sogar Monaten erwachen die Persistenzbakterien wieder zum Leben, oft stärker und aggressiver als je zuvor, und die Krankheit ist wieder da. Die bakterielle Persistenz ist ein großes Hindernis für die erfolgreiche Behandlung von Infektionskrankheiten. Sie kann dazu führen, dass sich Krankheiten über Monate hinziehen, dass Infektionen auf Nieren und andere Organe übergreifen und dass die Behandlungskosten in die Höhe schnellen. Angesichts ihrer erheblichen negativen Auswirkungen ist die bakterielle Persistenz zu einem wachsenden Forschungsgebiet geworden, doch bisher wurde noch keine Behandlung entwickelt, die direkt auf Persister abzielt.

Im Gegensatz zu antibiotikaresistenten Bakterien, deren Fähigkeit, medikamentösen Behandlungen zu widerstehen, auf genetischen Unterschieden beruht, sind Persister genetisch identisch mit den anderen Mitgliedern ihrer bakteriellen Gemeinschaft. Was sie von den anderen unterscheidet, ist ihre Fähigkeit, in den Energiesparmodus zu wechseln.

Ein Forscherteam unter der Leitung von James J. Collins, Ph.D., hat nun einen kostengünstigen und wirksamen Weg gefunden, diese bakteriellen Schläfer zu wecken, indem es sie mit Hilfe von Zucker in einen aktiven Zustand versetzt, in dem sie genauso anfällig für Antibiotika sind wie die anderen in ihrer Gemeinschaft.

Collins ist Mitglied der Kernfakultät des Wyss-Instituts, Professor für Biomedizintechnik an der Universität Boston und Forscher am Howard Hughes Medical Institute. Kyle Allison vom Howard Hughes Medical Institute und der Boston University war der Erstautor, während Mark Brynildsen, Assistenzprofessor in der Abteilung für Chemie- und Bioingenieurwesen an der Princeton University, ein weiterer Autor war.

Ihr Ansatz besteht darin, dem Antibiotikum Zucker hinzuzufügen. Der Zucker wirkt wie ein Stimulans und schaltet die normalen Reaktionen der Bakterien, wie das Absterben, wenn sie mit einem tödlichen Antibiotikum konfrontiert werden, wieder ein. Allison vergleicht die Wirkung des Zuckers mit einer bakteriellen Tasse Kaffee oder dem Kreischen eines Weckers.

Bei Anwendung dieser Strategie auf E. coli-Bakterien, die Harnwegsinfektionen verursachen können, war das Team in der Lage, 99,9 Prozent der hartnäckigen Keime innerhalb von nur zwei Stunden zu eliminieren, im Gegensatz zu keiner Eliminierung ohne Zucker. Ähnlich wirksam war der Ansatz bei der Abtötung von Bakterien, die Staphylokokkeninfektionen verursachen. „Unser Ziel war es, die Wirksamkeit bestehender Antibiotika zu verbessern, anstatt neue zu erfinden, was ein langwieriger und kostspieliger Prozess sein kann“, sagt Allison.

Diese Erkenntnisse haben das Potenzial, das Leben unzähliger Menschen zu verbessern, die mit lästigen Infektionen zu kämpfen haben, und gleichzeitig die Kosten im Gesundheitswesen erheblich zu senken. Die größte Auswirkung könnte jedoch für Menschen auf der ganzen Welt spürbar sein, die an Tuberkulose leiden, was der nächste Schwerpunkt der Forschung von Allison und Collins ist.

TB, eine chronische bakterielle Infektion, die die Lunge befällt, verursacht mehr Todesfälle als jede andere Infektionskrankheit. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation sterben jeden Tag etwa 4.700 Menschen an TB. Die Behandlung dauert in der Regel fünf bis neun Monate.