Laser gegen antibiotikaresistente Bakterien

Durchbruch im Kampf gegen antibiotikaresistente Bakterien

Viele Stämme von lebensbedrohlichen Bakterien entwickeln zunehmend Resistenzen gegen Antibiotika. Daher werden dringend wirksame Alternativen zu bisherigen Antibiotika gesucht. Jetzt wurde festgestellt, dass eine besondere Art von Laser multiresistente Bakterien und widerstandsfähige bakterielle Sporen effektiv abtöten kann.

In einer aktuellen Untersuchung unter Beteiligung Forschender der Washington University School of Medicine in St. Louis und der Arizona State University hat sich gezeigt, dass spezielle Laser, welche ultrakurze Lichtimpulse aussenden, multiresistente Bakterien und widerstandsfähige bakterielle Sporen zuverlässig abtöten. Die Ergebnisse wurden in der englischsprachigen Fachzeitschrift „Journal of Biophotonics“ publiziert.

Was bewirken ultrakurze Lichtimpulse?

Laser, die ultrakurze Lichtimpulse aussenden, können eine effektive Möglichkeit zur Vernichtung von gefährlichen Bakterien bieten, die sich mit anderen Mitteln nur schwer oder überhaupt nicht abtöten lassen, berichten die Forschenden. In früheren Studien sei bereits deutlich geworden, dass solche Laser menschlichen Zellen nicht schaden und so sei es durchaus vorstellbar, diese Art von Laser zur Sterilisierung von Wunden oder zur Desinfektion von Blutprodukten einzusetzen.

Laser schont menschliche Proteine und Zellen

„Die Ultrakurzpuls-Lasertechnologie inaktiviert auf einzigartige Weise Krankheitserreger und schont dabei menschliche Proteine und Zellen”, berichtet Studienautor Dr. Shaw-Wei (David) Tsen vom Mallinckrodt Institute of Radiology (MIR) der Washington University in einer Pressemitteilung.

„Stellen Sie sich vor, wir könnten vor dem Schließen einer Operationswunde mit einem Laserstrahl über die Stelle fahren und so das Infektionsrisiko weiter verringern. Ich kann mir vorstellen, dass diese Technologie bald zur Desinfektion von biologischen Produkten in vitro und in Zukunft sogar zur Behandlung von Infektionen der Blutbahn eingesetzt wird, indem Patienten an die Dialyse angeschlossen werden und das Blut durch ein Lasergerät geleitet wird”, fügt der Mediziner hinzu.

Sicherheit von Ultrakurzpulslasern

Die Fachleute hinter der neuen Studie erforschen bereits seit Jahren die keimabtötenden Eigenschaften von sogenannten Ultrakurzpulslasern. Bei ihrer Arbeit zeigte sich, dass solche Laser Viren und gewöhnliche Bakterien inaktivieren können, ohne menschliche Zellen zu schädigen.

Die Forschenden wendeten die Laser auf den multiresistenten Erreger Staphylococcus aureus (MRSA) an. Dieser ist dafür bekannt, Infektionen der Haut, der Lunge und anderer Organe zu verursachen. Zusätzlich wurden die Laser an Escherichia coli (E. Coli) getestet, welche Beta-Lactamase mit erweitertem Spektrum produzieren und Harnwegsinfektionen, Durchfall und Wundinfektionen verursachen. MRSA und E. coli sind zwei sehr unterschiedliche Typen von Bakterien, welche laut den Forschenden zwei weit auseinanderliegende Zweige des Bakterienreichs repräsentieren.

Außerdem wurden auch Sporen des Bakteriums Bacillus cereus mit in die Untersuchung einbezogen, welche beispielsweise zu Lebensmittelvergiftungen führen können. Sporen des Bakteriums gelten als äußerst widerstandsfähig und können nicht durch abkochen abgetötet werden.

Laser tötete mehr als 99,9 Prozent der Zielorganismen

Es zeigte sich, dass durch einen Einsatz der Laser in allen Fällen tatsächlich mehr als 99,9 Prozent der Zielorganismen abgetötet werden konnten und sich ihre Anzahl um mehr als das tausendfache reduzierte, berichten die Fachleute.

Wie eliminiert der Laser Viren und Bakterien?

Das Team erklärt weiter, dass Viren und Bakterien dicht gepackte Proteinstrukturen enthalten, welche sich durch einen Ultrakurzpulslaser anregen lassen. Der Laser töte solche Viren und Bakterien ab, indem er diese Proteinstrukturen in Schwingung versetzt, bis schließlich einige ihrer molekularen Bindungen aufbrechen.

Diese gebrochenen Enden würden sich zwar schnell an alles heften, was in ihrer Nähe vorhanden ist, doch dadurch entstehende fehlerhafte Verbindungen haben zum Ergebnis, dass ein Wirrwarr falscher Bindungen in und zwischen den Proteinen entsteht. Dieses Durcheinander bringt die normale Proteinfunktion in Mikroorganismen dann zum Erliegen, erläutern die Forschenden.

Therapeutisches Fenster zur Laser-Nutzung

„Wir haben bereits eine Arbeit veröffentlicht, in der wir gezeigt haben, dass die Laserleistung eine Rolle spielt. Bei einer bestimmten Laserstärke inaktivieren wir Viren. Wenn man die Leistung erhöht, beginnt man, Bakterien zu inaktivieren. Aber man braucht eine noch höhere Leistung, und wir sprechen hier von mehreren Größenordnungen, um menschliche Zellen abzutöten. Es gibt also ein therapeutisches Fenster, in dem wir die Laserparameter so einstellen können, dass wir Krankheitserreger abtöten können, ohne die menschlichen Zellen zu beeinträchtigen“, erklärt Studienautor Dr. Tsen.

Hitze, Strahlung und Chemikalien wie Bleichmittel seien zwar wirksam bei der Sterilisierung von Gegenständen, aber die meisten seien gleichzeitig zu schädlich, um bei Menschen oder biologischen Produkten eingesetzt zu werden, so die Forschenden.

Durch eine Inaktivierung von allen Arten von Bakterien und Viren, ohne eine gleichzeitige Schädigung von Zellen, könnten Ultrakurzpulslaser eine neue Möglichkeit bieten, Blutprodukte und andere biologische Produkte sicherer zu machen, erläutert das Team weiter.

Probleme der Sicherheit von Blutprodukten

Alles, was aus menschlichen oder tierischen Quellen stammt, kann mit Krankheitserregern kontaminiert sein, so Dr. Tsen. Zwar werden laut dem Mediziner alle Blutprodukte genau untersucht, bevor sie eingesetzt werden, trotzdem bleibe dabei das Problem, dass für die Untersuchungen bekannt sein muss, worauf sich die durchgeführten Tests beziehen sollen.

Wenn ein neues durch Blut übertragbares Virus auftaucht, wie HIV in den 70er und 80er Jahren, sei es daher durchaus möglich, dass das Virus in die Blutversorgung gelangt, bevor es überhaupt identifiziert wird. Ultrakurzpulslaser könnten laut dem Mediziner hier eine effektive Möglichkeit darstellen, um sicherzugehen, dass die Blutversorgung frei von bekannten und unbekannten Krankheitserregern bleibt. (as)