Lungenentzündungen-Verursacher: Neue Strategie gegen gefährlichen Krankenhauskeim

Neue Methode zur Behandlung eines Krankenhauskeims

Das Bakterium Pseudomonas aeruginosa ist für zahlreiche Infektionen mit Krankenhauskeimen verantwortlich. Bei Menschen mit geschwächtem Immunsystem kann der Erreger Lungenentzündungen, Harnwegs- und Wundinfektionen auslösen. Forschende haben nun eine neuartige Strategie zur Behandlung des Keims entwickelt.

Wie das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) auf seiner Webseite schreibt, ist Pseudomonas aeruginosa ein gefürchteter Verursacher von im Krankenhaus erworbenen sogenannten nosokomialen Infektionen, die sehr schwer, oft sogar tödlich verlaufen können. Forschende haben nun eine neue Methode entwickelt, die die Behandlung von Infektionen mit dem Keim erleichtern.

Häufiger Verursacher von Lungenentzündungen

Das Bakterium Pseudomonas aeruginosa ist einer der häufigsten Verursacher von Lungenentzündungen und stellt Krankenhäuser weltweit vor eine große Herausforderung, erklärt das HZI in einer aktuellen Mitteilung.

Die Behandlung von Infektionen mit Pseudomonas aeruginosa gestaltet sich meist schwierig, weil das Bakterium sogenannte Biofilme bildet, in denen es vor Medikamenten geschützt ist.

Dr. Martin Empting und sein Team haben in Zusammenarbeit mit mehreren Gruppen am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) jetzt eine innovative Methode entwickelt, um die Ausbildung dieser Biofilme zu stören und somit die Behandlung von Infektionen mit Pseudomonas aeruginosa zu erleichtern.

Die Ergebnisse der Forscherinnen und Forscher wurden in der Fachzeitschrift „Advanced Science“ veröffentlicht.

Resistenzen gegen geläufige Antibiotikaklassen

Laut den Fachleuten ist Pseudomonas aeruginosa in der Lage, fast jeden Teil des menschlichen Körpers zu besiedeln. Somit kann das Bakterium eine Vielzahl von Infektionskrankheiten verursachen.

Der Grund für den Erfolg des Erregers liegt unter anderem in seiner Fähigkeit, Biofilme zu produzieren und sich darin einzunisten. Diese Biofilme bestehen aus einer Mischung verschiedener Biomoleküle wie Zucker, Proteine und Lipide und bieten dem Bakterium sowohl Schutz vor Zellen des menschlichen Immunsystems als auch vor Medikamenten wie Antibiotika.

Zudem treten in der Europäischen Union (EU) bei rund zehn Prozent aller Pseudomonas-Infektionen Resistenzen gegen drei oder mehr der geläufigen Antibiotikaklassen auf, was die Lage zusätzlich verschärft.

Bakterien werden zunächst „entwaffnet“

Um dem resultierenden Bedarf nach innovativen Strategien und Behandlungsmöglichkeiten gerecht zu werden, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom HIPS, einem Standort des HZI in Zusammenarbeit mit der Universität des Saarlandes, nun einen erfolgversprechenden Ansatz entwickelt. Statt die krankmachenden Bakterien wie bei üblichen Ansätzen zu töten, werden sie zunächst „entwaffnet“.

Im konkreten Fall bedeutet dies, die Kommunikation zwischen den einzelnen Bakterien zu unterbinden. „Pseudomonas aeruginosa bildet nur dann Biofilme und krankmachende Moleküle in großem Maße aus, wenn sich eine ausreichende Anzahl an Bakterien zusammenfindet“, erklärt Martin Empting, Leiter der Studie am HIPS.

„Um zu wissen, wann dieser Zeitpunkt erreicht ist, müssen die Erreger miteinander kommunizieren. Unsere neu entwickelten Substanzen greifen an dem Protein PqsR, einem wichtigen Bestandteil des Kommunikationssystems von Pseudomonas aeruginosa, an und stören dadurch die Bildung des Biofilms sowie einiger bakterieller Toxine“, so der Forscher.

Geringere Antibiotika-Dosis notwendig

Wenn die Bakterien keinen Biofilm mehr produzieren können, sind sie besser zugänglich – sowohl für Zellen des menschlichen Immunsystems als auch für konventionelle Antibiotika. Letzteres konnte das Forschungsteam jetzt zeigen.

Werden die neuartigen PqsR-Inhibitoren vor der Verarbreichung zusammen mit dem Antibiotikum Tobramycin in speziell entwickelten Nanopartikeln verpackt, so sinkt die zur Bekämpfung des Biofilms notwendige Dosis des Antibiotikums laut den Fachleuten sogar um das mehr als 30-Fache.

„Ein Medikament ist am Ende natürlich viel mehr als allein der Wirkstoff“, so Prof. Claus-Michael Lehr, Leiter der Abteilung für Wirkstofftransport über Biologische Barrieren. „Dieser muss möglichst gezielt und in hoher Konzentration seinen Wirkort erreichen, da er andernfalls möglicherweise unerwünschte Effekte und vor allem die Ausbildung von Resistenzen fördert“, erklärt der Experte.

„Dazu müssen verschiedene biologische Barrieren überwunden werden, wie in diesem Fall die Lunge selbst, die von den Bakterien gebildeten Biofilme, aber auch die bakterielle Zellwand. Hierbei können Nanocarrier einen erheblichen Beitrag leisten“, sagt der Wissenschaftler.

Nebenwirkungen vermeiden

Neben der potenten Aktivität der entwickelten Moleküle legten die Forschenden auch einen besonderen Fokus auf deren Verträglichkeit. „Ein wichtiger Teil unserer Arbeit ist es, mögliche Nebenwirkungen so früh wie möglich zu erkennen und durch gezielte chemische Modifikation der entwickelten Substanzen zu vermeiden“, erklärt Prof. Anna Hirsch, Leiterin der Abteilung Wirkstoffdesign und Optimierung am HIPS.

„Eine gute Wirksamkeit ist nur die halbe Miete. Da wir die von uns entwickelten Moleküle in die Anwendung bringen wollen, müssen wir stets auch im Auge behalten, wie sich die Substanzen im Körper verhalten und für eine Anwendung am Menschen so weit wie möglich optimieren. Hierbei spielt es auch eine Rolle, an welchem Ort im Körper die Substanzen benötigt werden.“

Basierend auf den bisherigen Ergebnissen zeigen die neuen Wirkstoffe ein hohes Potenzial für eine Anwendung bei Infektionen der Lunge.

Auch Prof. Rolf Müller, Geschäftsführender Direktor des HIPS und Leiter der Abteilung Mikrobielle Naturstoffe, sieht hohes Potenzial in den entwickelten Substanzen: „Diese neuen Moleküle sind ein hervorragender und innovativer Ansatz im Kampf gegen resistente Erreger und Infektionskrankheiten im Allgemeinen. Da sie Erreger nicht direkt abtöten, besteht auch ein deutlich geringerer Selektionsdruck. Das gibt uns Grund zur Hoffnung, dass sich Resistenzen nur deutlich langsamer entwickeln als bei Antibiotika.“ (ad)