Sepsis-Forschung: Multiresistenten Bakterien auf den Pelz gerückt

Im Kampf gegen multiresistente Bakterien ist Chemikern der Universität Würzburg möglicherweise ein entscheidender Durchbruch gelungen. Mit einem Trick brachten sie die Bakterien dazu, ihre Zell-oberfläche zu verändern. Das verringerte die Gefahr einer Infektion drastisch.

In Deutschland erkranken 4,3% aller Krankenhauspatienten während ihres Aufenthaltes an einer Infektion. Dies entspricht zwischen 400.000 und 600.000 Erkrankungen jedes Jahr, die bei 10.000 bis 15.000 Patienten zum Tod führen. Das ist das Ergebnis einer im Jahr 2012 veröffentlichten Studie, die das Sepsis-Forschungs- und Behandlungszentrum der Universität Jena durchgeführt hat. In etwa 15% dieser Fälle sind multiresistente Krankheitserreger für diese Infektionen verantwortlich. An vorderster Stelle steht dabei der sogenannte MRSA-Erreger: Methicillin-resistenter Staphylococcus Aureus. Jetzt ist Würzburger Chemikern ein möglicher Durchbruch in der Infektionsforschung geglückt. Jürgen Seibel, Professor für Organische Chemie, und seine Doktorandin Elisabeth Memmel haben die Zelloberfläche des Bakteriums verändert. Die Folge: „Die Haftfähigkeit der Bakterien auf humanen Zellen und somit die Gefahr einer Infektion wurde stark vermindert“, so Jürgen Seibel.

Den Stoffwechsel der Bakterien genutzt

Wie die Wissenschaftler im renommierten Journal Chemical Communications berichten, haben sie den Stoffwechsel der Bakterien gegen   diese selbst verwendet. Dazu haben sie zuckeranaloge Strukturen chemisch hergestellt und der Nährlösung der Bakterien beigegeben. Die Bakterien haben diese Moleküle verstoffwechselt und biosynthetisch auf ihrer Zelloberfläche eingebaut. „Das Erstaunliche daran ist, dass die verwendeten Zuckerstrukturen bevorzugt in die Bakterien und kaum in humane Zellen eingebaut werden. Dies erlaubt uns, gezielt die Bakterien anzugreifen, ohne die humanen Zellen zu schädigen“, so Elisabeth Memmel, die diese Studie im Rahmen ihrer Doktorarbeit durchführte.

Weitere Veränderungen sind machbar

Noch einen weiteren Trick setzten die Chemiker ein, um die Haftfähigkeit der Bakterien, die Adhäsion, zu humanen Zellen zu verringern: Die verwendeten Zuckerstrukturen ent-hielten eine spezielle Markierung. Diese macht sie auf der Oberfläche der Bakterien weiter chemisch veränderbar. Zum Einsatz kommt dabei die sogenannte „Click-Reaktion“. Hierbei handelt es sich um eine chemische Reaktion, bei der zwei ausgewählte, nicht natürlich vorkommende Molekültypen zu einer Einheit verschmelzen. Wie die beiden Forscher in ihrer Studie zeigen konnten, bleiben trotz dieser Manipulationen die biochemischen, parallel stattfindenden Reaktionen des Bakterienorganismus unbehelligt.

Neuer Ansatz für neue Medikamente

Jürgen Seibel sieht in der neuartigen Methode die Möglichkeit, mehr über die Erkennungsprozesse zwischen Bakterien und humanen Zellen zu erfahren. Ebenso ist er optimistisch, dass sich mit diesen Erkenntnissen neuartige Medikamente gegen multiresistente Bakterien entwickeln lassen werden. „Die meisten Antibiotika zielen darauf ab, die Zellwandbiosynthese oder andere lebensnotwendige Prozesse der Bakterien zu unterbinden. Mit dem neuen Ansatz versuchen wir, die Adhäsion zwischen Bakterien und humanen Zellen als Angriffspunkt zu nutzen“, so Seibel.

Staphylococcus aureus

Bakterien vom Typ Staphylococcus (lat: Traube) aureus (Gold) sind in der Regel harmlos und kommen fast überall in der Natur vor, unter anderem auf der Haut und in den oberen Atemwegen von 25 bis 30 Prozent aller Menschen. Findet das Bakterium durch günstige Bedingungen oder ein geschwächtes Immunsystem die Gelegenheit, sich auszubreiten, verursacht es beim Menschen Hautentzündungen und Muskelerkrankungen. In schweren Fällen entwickeln die Betroffenen lebensbedrohliche Erkrankungen, beispielsweise eine Lungenentzündung, eine Entzündung der Herzinnenhaut (Endokarditis), ein toxisches Schocksyndrom (TSS) oder eine Sepsis. Einigen Bakterien ist es gelungen, Resistenzen gleich gegen mehrere wichtige Antibiotika zu erwerben (Multiresistenz). Sie sind besonders schwer zu eliminieren. Dazu gehören MRSA, gegen die alle b-Lactam-Antibiotika mittlerweile unwirksam sind, zu denen Penicilline, Cephalosporine und Carbapeneme zählen, sowie die in der Öffentlichkeit etwas weniger bekannten Vancomycin-resistenten SA-Stämme (VRSA).    MRSA werden zunehmend auch außerhalb von Krankenhäusern gefunden und können auf Dritte übertragen werden.

Gunnar Bartsch,
Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Elisabeth Memmel, Arne Homann,
Tobias A. Oelschlaeger, Jürgen Seibel:
Metabolic glycoengineering of Staphylococcus aureus reduces adherence to human T24 bladder carcinoma cells, Chem. Commun. 2013,
DOI: 10.1039/C3CC43424A
Kontakt Prof. Dr. Jürgen Seibel
E-Mail: seibel@chemie.uni-wuerzburg.de