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Turbolader für Antibiotika

Turbolader für Antibiotika

Das Saarbrücker Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung entwickelt eine neue Strategie im Kampf gegen gefährliche Krankenhauskeime. Für dieses Projekt erhielt der Chemiker Alexander Titz jetzt einen mit 1,5 Millionen Euro dotierten Forschungspreis der EU.

Sie begegnen uns an vielen Orten. Zum Beispiel als schmieriger Belag auf ungeputzten Zähnen. Oder als Rutschschicht auf Treppenstufen. Auch an Brückenpfeilern, in Rohrleitungen und sogar in Schiffsturbinen sind die sogenannten Biofilme zu finden. Sie entstehen, wenn es Bakterien , Pilzen oder Algen gelingt, sich auf einer Oberfläche zu einer klebrigen Schicht zu verbinden.

Biofilme, die wir mit bloßem Auge sehen können, sind meist nur hässlich, von unsichtbaren bakteriellen Biofilmen dagegen geht Gefahr aus. Das gilt ganz besonders im Krankenhaus. Ein Biofilm auf einem Implantat, das später im Körper eines Patienten sitzt, kann tödliche Konsequenzen haben. Denn die hauchdünne Schicht schützt Bakterien wie eine Panzerweste vor Antibiotika . Unter dieser Schutzschicht, in der sie monatelang ausharren können, sind sie fürs Immunsystem praktisch unsichtbar, Medikamente können sie kaum erreichen. Im Vergleich zur normalen Therapie ist eine bis zum Tausendfachen erhöhte Wirkstoffkonzentration nötig, um sie dort zu zerstören. Umso schlimmer, wenn die Bakterien dann auch noch zu den gefährlichen multiresistenten Keimen gehören.

Was tun gegen bakterielle Biofilme im Krankenhaus? Das ist die zentrale Frage, der die Arbeitsgruppe "Chemische Biologie der Kohlenhydrate" von Dr. Alexander Titz am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung in Saarbrücken (HIPS) nachgeht. Für dieses Forschungsprojekt erhielt der Saarbrücker Chemiker jetzt einen Wissenschaftspreis der EU, den ERC Starting Grant.

Die Forschung an Biofilmen steht für einen neuen Trend im Kampf gegen Bakterien . Bisher zielen Antibiotika darauf ab, Mikroben zu töten oder ihr Wachstum zu stoppen. Doch die einstige Wunderwaffe der Medizin wird stumpf. Die Pharmabranche hat die Entwicklung neuer Wirkstoffe bis in die 1990er Jahre hinein schleifen lassen. Gleichzeitig entwickelten immer mehr Bakterien Widerstandskräfte gegen die vorhandenen Medikamente. Heute sterben nach einem Bericht der Universität Witten/Herdecke in Deutschland mehr Menschen an Infektionen mit multiresistenten Keimen als bei Unfällen im Straßenverkehr. Bis 2050 könnte sich die Zahl verzehnfachen.

Ein typisches Bakterium teilt sich alle 20 Minuten. Durch zufällige Änderungen im Erbgut entstehen dabei regelmäßig antibiotikaresistente Mutanten. Weil Antibiotika zu oft und oft auch falsch eingesetzt werden, wird nur ein Teil der Mikroben vernichtet. Übrig bleibt ausgerechnet der resistente Rest - und vermehrt sich weiter. "Antibiotika wirken wie ein Training für Bakterien ", beschreibt Alexander Titz den Effekt.

Künftig wollen die Pharmaforscher Mikroben mit einer zusätzlichen Strategie den Garaus machen. Die zielt nicht unmittelbar darauf ab, die Erreger zu töten, sie soll sie zunächst nur entwaffnen. Das Ziel besteht darin, ihnen Fähigkeiten zu nehmen, die sie bei einer akuten Infektion für den Menschen gefährlich machen - ihre Virulenz soll reduziert werden, sagen die Experten. Dazu gehört auch die Fähigkeit, Biofilme zu bilden. Geschwächten Bakterien könnten dann klassische Antibiotika und das Immunsystem den Rest geben. Die Forschung sucht also gewissermaßen einen Verstärker fürs Immunsystem .

Die Saarbrücker Wissenschaftler um Alexander Titz haben bei ihrer Arbeit einen typischen Krankenhaus-Problemkeim im Visier. Das Bakterium Pseudomonas aeruginosa ist weltweit der vierthäufigste Erreger sogenannter nosokomialer Infektionen. Er kann auf Beatmungsschläuchen ebenso wie an Waschbecken und Blumenvasen kleben und bei Patienten mit geschwächtem Immunsystem Lungenentzündungen und Blutvergiftungen auslösen. Als besonders gefährdet gelten Mukoviszidose-Patienten, erklärt Alexander Titz.

Die Wissenschaftler des Saarbrücker Helmholtz-Instituts sind hinter das Geheimnis der Klebkraft dieses Problemkeims gekommen, die bei der Bildung der Biofilme eine Schlüsselrolle spielt. Auf der Oberfläche der Bakterien sitzen viele Haftorganellen, mit denen sich die Bakterien untereinander verhaken und die es ihnen ermöglichen, sich auf jedem Untergrund festzusaugen. Dabei dienen zwei Proteine, sogenannte Lektine, als Klebstoff. Die Saarbrücker Forscher nennen sie LecA und LecB. "Sie sind sozusagen der Zement in der Mauer des Biofilms", erläutert Alexander Titz.

Hier setzen die Helmholtz-Wissenschaftler an. Im ersten Schritt entwickeln sie chemische Sonden, die an die Lektine eine Markersubstanz koppeln, die im Körper leicht aufzuspüren ist. So könnten Ärzte bereits erkennen, wo sich das Problembakterium im Körper festgesetzt hat. "Dann könnten die passenden, aber für die Patienten oft auch giftigen Antibiotika genau an den Infektionsherd geschleust werden."

Das Ziel der Forscher am Helmholtz-Institut geht aber darüber hinaus. Die Wissenschaftler suchen ein Lösungsmittel für Pseudomonas-Biofilme, das Lektine biochemisch neutralisiert, erklärt Alexander Titz. Ist die Wirkung dieses Klebstoffs, den alle Stämme des Bakteriums nutzen, erst einmal aufgehoben, würde der Biofilm seinen Zusammenhalt verlieren. "Die Bakterien lösen sich dann aus ihrer Lebensgemeinschaft und werden fürs Immunsystem sichtbar", erklärt Alexander Titz. "Und Antibiotika würden wieder in viel geringerer Dosis wirken können."

Der größte Vorteil des Verfahrens könnte aber darin bestehen, dass Bakterien gegen diese Behandlungsstrategie, die ihnen nicht direkt den Garaus machen soll, keine Resistenzen entwickeln können, hoffen die Forscher. Die ersten Experimente seien ermutigend. In den nächsten fünf Jahren unterstützt die EU die Arbeitsgruppe von Alexander Titz mit knapp 1,5 Millionen Euro.

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 Alexander Titz vom Saarbrücker Helmholtz-Institut erhielt den Forschungspreis ERC Starting Grant der EU. Foto: Maurer
Alexander Titz vom Saarbrücker Helmholtz-Institut erhielt den Forschungspreis ERC Starting Grant der EU. Foto: Maurer Foto: Maurer

Zur Person Alexander Titz (39) studierte Chemie an der TU Darmstadt und der Universität Bordeaux I. Nach der Promotion an der Uni Basel arbeitete er bis 2010 als Postdoktorand an der ETH Zürich. Nach einer Station an der Universität Konstanz leitet er seit 2013 die Arbeitsgruppe "Chemische Biologie der Kohlenhydrate" am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland und ist Lehrbeauftragter an der Saar-Universität.