Verbesserte Phagentherapie: Endlich eine Antibiotika-Alternative?

Neue Hoffnung durch alte Behandlung

Die Phagentherapie ist bereits seit den 1920er Jahren bekannt und wurde bereits großflächig angewendet, beispielsweise in Georgien. Phagen sind spezielle Viren, die Bakterien befallen und zerstören. Somit stellen sie eine potenzielle Therapie gegen Bakterieninfektionen dar, bei denen Antibiotika nicht wirkt. Nachteil der Phagen war bislang, dass die Behandlung ziemlich unkontrolliert verläuft und Folgen nicht immer absehbar waren. Die kontrollierte Phagentherapie soll dies nun ändern.

Forschende der Universität von Kalifornien (UC Santa Barbara) entwickelten eine kontrollierte Phagentherapie, die auf arzneimittelresistente Bakterien abzielt und dabei mögliche unbeabsichtigte Folgen umgeht. Die neue Phagenbehandlung wurde kürzlich in dem renommierten Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) vorgestellt.

Das Ende des Antibiotika-Zeitalters naht

Der Kampf gegen arzneimittelresistente Krankheitserreger wird immer intensiver. Ein Bericht der amerikanischen Behörde Centers for Disease Control (CDC) zeigte im Jahr 2019, dass zunehmend neue Formen von arzneimittelresistenten Erregern auftreten. Gleichzeit stehen immer weniger Möglichkeiten zur Verfügung, diese Keime abzuwehren. Ärzte und Wissenschaftler sprechen bereits über das Ende des Antibiotika-Zeitalters.

Forschende verlieren Wettlauf gegen Antibiotika-Resistenzen

„Wir wussten schon früh, dass es ein Problem werden würde“, betont Irene Chen, Professorin für Chemie und Biochemie an der UC Santa Barbara. Im Grunde genommen sei bereits seit der Entdeckung des Penicillins bekannt, dass es resistente Bakterien gibt. Heute vermehren sich resistente Organismen wie gramnegative Bakterien schneller, als dass Antibiotika zu deren Bekämpfung entwickelt werden könne.

Neue Hoffnung durch altbekannte Alternativen

Auf der Suche nach Antibiotika-Alternativen wandte sich das Forschungsteam um Chen den Bakteriophagen zu, einer natürlich vorkommenden Gruppe von Viren, die sich auf Bakterien ansiedeln und diese vernichten. „Das ist ihre natürliche Funktion, auf Bakterien zu wachsen und sie abzutöten“, erklärt die Professorin.

„Die Phagentherapie ist nicht neu“, so Chen. Tatsächlich wurde sie in der ehemaligen Sowjetunion und in Europa seit etwa einem Jahrhundert eingesetzt, obwohl sie weitgehend als letzte Alternative zu Antibiotika angesehen wird.

Ungelöste Fragen beantworten

Zu den ungelösten Fragen der Phagentherapie gehört jedoch die unvollständige Charakterisierung der Biologie der Phagen. Bei einer Phagenbehandlung können den Forschenden zufolge unbeabsichtigte Konsequenzen aufgrund der schnellen Evolution und Reproduktion der Phagen auftreten. Darüber hinaus bestehe die Gefahr, dass die Viren Toxine mit sich bringen. Deshalb lief die Phagentherapie bislang eher unter dem Motto: Alles oder Nichts.

„Es ist schwierig, die Wirkung einer Phagenbehandlung zu analysieren“, erläutert die Biochemikerin. Man könne entweder sehen, dass sie vollständig wirkt oder völlig versagt, aber man habe nicht die Art von Dosisreaktion, die man sich wünscht.

Die erste photothermische Phagentherapie

Um diese Herausforderungen zu meistern, entwickelte das Team eine Methode zur kontrollierten Phagentherapie. Den Forschenden gelang es, die Fähigkeit der Bakteriophagen zu nutzten, nur bestimmte Bakterien zu besiedeln, ohne dabei den Rest des Mikrobioms zu schädigen. Mit einer Kombination aus Goldnanostäbchen und Nah-Infrarot-Licht konnten so selbst multiresistente Bakterien ohne Antibiotika vernichtet werden.

„Wir haben die Phagen mit Goldnanoröhren konjugiert“, erklärte Chen. Diese sogenannten „Phanorods“ wurden auf Bakterien auf In-vitro-Kulturen von Säugetierzellen aufgetragen und dann mit Nah-Infrarot-Licht bestrahlt. „Wenn diese Nanostäbchen durch Licht angeregt werden, übersetzen sie die Energie von Licht in Wärme“, führt die Professorin weiter aus. Das erzeuge sehr hohe lokale Temperaturen.

Phagen besiedeln die Bakterien und werden dann abgetötet

Der Studie zufolge reicht die Wärme aus, um sowohl die Bakterien als auch die Phagen abzutöten. So könne man die Phagen an einer unkontrollierten Weiterentwicklung hindern. Auf diese Weise sei eine Dosierungskontrolle möglich. Im Labor konnten so Bakterien vom Typ E. coli, P. aeruginosa und V. cholerae vernichtet werden. Die Phagen wirken auch gegen X. campestris, ein Bakterium, das Fäulnis in Pflanzen verursacht. (vb)