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02.10.2015

Bakterielle Biofilme besser angreifbar machen

Bei Patienten mit MukoviszidoseMukoviszidose
Bei der Erbkrankheit Mukosviszidose, an der in Deutschland rund 8.000 Menschen leiden, führt ein fehlerhaftes Gen dazu, dass der Salz- und Wassertransport der Schleimhäute in Lunge, Darm und anderen Organen verändert ist und dadurch ein abnormal zähflüssiger Schleim in Lunge, Bauchspeicheldrüse und Dünndarm gebildet wird, der die Bronchien und Verdauungswege verstopft. Atemnot, chronischer Husten, aber auch eine gestörte Verdauung und Infektanfälligkeit sind die Folgen. 
 
lassen sich Biofilme aufgrund bakterieller Infektionen mit einer Kombination von Antibiotika effektiver behandeln.

Patienten mit der Erbkrankheit Mukoviszidose (Cystische Fibrose) leiden häufig unter hartnäckigen Infektionen mit Bakterien der Art Pseudomonas aeruginosa. Diese bilden in der Lunge so genannte Biofilme, d.h. eine Schleimschicht, dank der die Erreger einer Behandlung mit Antibiotika trotzen können. Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig haben nun Kombinationen mehrerer Antibiotika getestet, die dennoch wirksam sind. Möglich wurde dies durch ein neues Modellsystem in Mäusen, das sie selbst entwickelt haben (siehe Antimicrobial Agents and Chemotherapy, Online-Veröffentlichung am 8.6.2015).

Infektionen der oberen Atemwege, zumeist hervorgerufen durch Pseudomonas aeruginosa, sind die häufigste Todesursache bei Menschen mit Cystischer Fibrose. Da sich der Keim mit einer Schleimschicht umgibt, lässt er sich besonders schwer behandeln. Bakterien, die keine Biofilme bilden können, sind hingegen empfindlich gegen Antibiotika. „Bisher konnten wir Biofilme nur in sehr künstlichen Modellen im Labor untersuchen“, berichtet Dr. Vinay Pawar, Wissenschaftler in der HZI-Abteilung Molekulare Immunologie und Erstautor der Publikation. Gemeinsam mit Kollegen aus der Abteilung Molekulare Bakteriologie ist es ihm nun gelungen, ein neues Modellsystem in Mäusen zu etablieren. „Es kommt der Situation im Menschen sehr nahe.“

Erstmals können die Forscher mit diesem Modell die Bildung des bakteriellen Biofilms in der Lunge realistisch nachbilden und dadurch nachvollziehen, weshalb die Keime so widerstandsfähig gegen Medikamente sind. Zunächst stellten sie fest, dass die Mittel Tobramycin, Ciprofloxacin und Colistin in normaler Dosierung den Biofilmbakterien nichts anhaben konnten. Erst eine stark erhöhte Dosis zeigte Wirkung. Diese würde im Patienten allerdings auch die Nebenwirkungen verstärken.

Um dies zu umgehen, kombinierten die Forscher zwei der Antibiotika und hatten Erfolg: „Die Kombination von Tobramycin und Colistin ist hochgradig effektiv gegen Pseudomonas“, sagt Pawar. Die beiden Mittel wirken auf unterschiedliche Weisen, daher können sie sich zur Bekämpfung der Biofilm-Bakterien optimal ergänzen.
Im äußeren Bereich dieser Bakteriengemeinschaft haben die Keime einen sehr aktiven Stoffwechsel und vermehren sich in hoher Geschwindigkeit. Hier wirkt Tobramycin. Es verhindert, dass die Bakterien Proteine produzieren können. Ohne diese lebenswichtigen Bausteine der Zellen sterben die Mikroben ab. Colistin hingegen greift die Bakterienzellwand an und kann dadurch auch weniger aktive Bakterien töten, wie sie im Inneren des Biofilms vorkommen.

Was die Wissenschaftler am Beispiel der Pseudomonas-Infektion gezeigt haben, können sie nun mit ihrem Modellsystem auch für andere Infektionen untersuchen. Dabei sind auch gemischte Populationen möglich. „Meist leben in Biofilmen mehrere verschiedene Bakterienarten in einer Gemeinschaft“, sagt Pawar. „Wir können in unserem Modell somit realistischere Bedingungen untersuchen als es bisher möglich war.“ Künftig werden die Wissenschaftler in ihrem Mausmodell neuartige Substanzen testen, darunter auch solche, die am HZI entwickelt werden.

Quelle: Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung