Können Bakterien „punktuell eliminiert“ werden? Gibt es ein solches Medikament wirklich?

Unserer Meinung nach sind Viren häufig die Quelle von Infektionen, die Krankheiten und sogar Krebs verursachen. Sie mutieren leicht und ihre Behandlungsmöglichkeiten sind begrenzt, was die Menschen erschaudern lässt. Es gibt jedoch einen Virustyp, der seit seiner Entdeckung von Wissenschaftlern als vielversprechendes Medikament zur Behandlung bakterieller Infektionen angesehen wird: Bakteriophagen.

Die Erforschung und Modifizierung von Bakteriophagen durch Wissenschaftler ging sogar der Entwicklung der heute allgemein verwendeten Antibiotika voraus. Auch wenn die Fortschritte langsam sind, zeigt die Phagentherapie allmählich Vorteile gegenüber Antibiotika. Sie können bei Erkrankungen wie Enteritis, Sepsis und Infektionen in verschiedenen Körperteilen eine Rolle spielen.

Wie der Name schon sagt, sind Bakteriophagen eine Art von Viren, die Bakterien als Wirte nutzen. Bakteriophagen können Bakterien infizieren, sich in ihnen replizieren und vermehren und manchmal auch direkt eine bakterielle Lyse verursachen. Die freigesetzten Phagen suchen dann nach dem nächsten Wirt. Wo immer es Bakterien gibt, gibt es auch Bakteriophagen, und unser Körper bildet da keine Ausnahme. In der Bakterienflora unserer Haut, unseres Darms und anderer Körperteile leben Milliarden von Bakteriophagen. Ein Hauptmerkmal der Phageninfektion von Bakterien ist ihre Selektivität. Ein Phage kann nur eine Bakterienart infizieren. Wenn das Mikrofilamentprotein des Bakteriophagen zufällig mit dem Protein oder Lipopolysaccharid auf der Oberfläche der Bakterien übereinstimmt, ist es wie ein Schlüssel, der in ein Schlüsselloch gesteckt wird, und die Tür der Bakterien öffnet sich für den Bakteriophagen. Gerade aufgrund dieser Eigenschaft der Bakteriophageninfektion auf Bakterien hat sie einen Vorteil gegenüber Antibiotika: Sie wirkt gezielt gegen Bakterien.

Derzeit häufig verwendete Antibiotika wie Penicillin, Cephalosporin, Tetracyclin usw. töten bei Einnahme eine große Anzahl von Bakterien ab. Bei jeder Infektion sind es vielleicht nur ein oder zwei Krankheitserreger, wie etwa Staphylococcus aureus, doch der wahllose Angriff der Antibiotika zerstört auch unsere eigene Darmflora und hat tatsächlich den Effekt, „tausend Feinde zu töten und achthundert unserer eigenen zu verletzen“. Ein weiteres heikles Problem ist die zunehmende Zahl medikamentenresistenter Krankheitserreger, gegen die Antibiotika völlig wirkungslos sind, weil es sich bei ihnen um Überlebende handelt, denen die Antibiotika entkommen sind. Nach der Antibiotika-Untersuchung starben alle nicht resistenten Bakterien, während die resistenten Bakterien allmählich wuchsen und stärker wurden. Manche Krankheitserreger können sogar den Angriffen mehrerer Antibiotika entgehen. Gegen diese multiresistenten Bakterien sind wir hilflos und können uns nur auf die Abwehr unseres eigenen Immunsystems verlassen.

Mehrere Bakteriophagen auf stäbchenförmigen Bakterien, Bild von Tuchong.com

Gibt es klinische Erfolgsfälle einer Phagentherapie? In den Vereinigten Staaten entwickelte ein 68-jähriger Patient eine multiresistente Infektion mit Acinetobacter baumannii in der Nähe seiner Bauchspeicheldrüse. Als die Wirkung mehrerer Antibiotika zusammen nicht gelang, fiel der Patient ins Koma und es bestand sogar Lebensgefahr. Die University of California, San Diego, die den Patienten behandelte, beantragte den Einsatz einer Phagentherapie und erhielt die Genehmigung der FDA. Schließlich erhielt der Patient eine Behandlung mit neun Phagentypen, die die bakterielle Infektion unter Kontrolle brachte und verschiedene physiologische Indikatoren schrittweise verbesserte. Nach 11 Wochen kontinuierlicher Behandlung und 245 Tagen Beobachtung im Krankenhaus erholte sich der Patient und konnte nach Hause zurückkehren, um zu arbeiten.

Eine weitere, gerade veröffentlichte Studie zeigt, dass eine Cocktailtherapie aus einer Mischung von fünf Bakteriophagen die Vermehrung multiresistenter Klebsiella pneumoniae bei Lungenentzündungspatienten hemmen und so die dadurch verursachte Lungenentzündung heilen kann.

Wenn die Phagentherapie Leben retten kann, warum wird sie in der klinischen Praxis nicht in großem Umfang eingesetzt? Die Phagentherapie weist zwei wesentliche Einschränkungen auf. Erstens ist es schwierig, die Phagentherapie zu standardisieren, da bei der Phagentherapie häufig nicht ein einzelner Phage, sondern eine Kombination mehrerer Phagen verwendet wird. Für unterschiedliche Infektionen müssen unterschiedliche Kombinationen entwickelt und optimiert werden. Wenn bei der Kombination der falsche Phagenstamm ausgewählt wird, funktioniert es nicht, und wenn zu viele ausgewählt werden, ist es Verschwendung. Daher sind die Kosten für Forschung und Entwicklung relativ hoch und die Standardisierung ist schwieriger.

Zweitens besteht bei der Phagentherapie auch das Problem der Arzneimittelresistenz. Da Bakterien der Wirkung von Antibiotika entgehen können, muss es Bakterien geben, die Phagen widerstehen können. Bei der Behandlung einiger Patienten haben Wissenschaftler Bakterien entdeckt, die einer Phageninvasion entgehen können, indem sie die Struktur ihrer eigenen Zelloberflächenproteine ​​verändern, um eine Bindung der Bakterien zu vermeiden. Einige Bakterien können zur Selbstverteidigung auch Enzyme exprimieren, die das Phagengenom zerstören. Obwohl Bakterien fliehen wollen, warten Bakteriophagen nicht untätig auf ihren Tod. Schließlich können sie ohne Wirt nicht überleben.

Die Struktur des Rezeptorproteins auf der Oberfläche der Bakterien wird sich verändern, und die Proteinfaser am Schwanz des Phagen, also der Teil, der zur Bindung an Bakterien dient, wird sich entsprechend verändern, und beide werden sich in einem Wettlauf gegen die Zeit gemeinsam weiterentwickeln. Einige Phagen tragen auch Methyltransferasen, die ihr Genom vor der Zerstörung durch Wirtsbakterien schützen. Diese Eigenschaften der Phagen und ihre Fähigkeit, sich schnell zu entwickeln, geben den Wissenschaftlern weiterhin Hoffnung für die Phagentherapie. Indem sie ihre eigenen Eigenschaften nutzen und sie mit der Technologie der Genomeditierung und anderen Mitteln kombinieren, können sie möglicherweise stabilere und wirksamere Phagentherapeutika entwickeln. Obwohl der Weg, der vor uns liegt, noch voller Schwierigkeiten ist, müssen die Menschen angesichts der Bedrohung durch superresistente Bakterien möglicherweise tatsächlich auf Bakteriophagen, die kleinsten Mikroorganismen, zurückgreifen und mehr Zeit und Geld in die Forschung und Entwicklung der Phagentherapie investieren.

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützte Arbeit

Autor: Zhao Bei

Gutachter: Tao Ning (Associate Researcher, Institut für Biophysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.