Antibiotika sind bewährte Waffen gegen viele Arten von bakteriellen Krankheiten, aber die zunehmende Resistenz gegen die Medikamente ist ein Hauptproblem. "Krankheitserreger entwickeln Resistenzen schneller, als wir neue Antibiotika einführen können, und dies führt zu einer Krise der menschlichen Gesundheit", sagt der Biochemiker Kim Lewis von der Northeastern University.
Lewis ist Teil eines Teams, das kürzlich ein vielversprechendes Antibiotikum vorgestellt hat, das auf eine neue Art und Weise entwickelt wurde, um die Kräfte von Bodenmikroorganismen zu nutzen. In Tierversuchen hat sich Teixobactin als wirksam erwiesen, um eine Vielzahl von krankheitserregenden Bakterien abzutöten - auch solche, die eine Immunität gegen andere Arzneimittel entwickelt haben. Die Bemühungen der Wissenschaftler, mutierte Bakterien mit Resistenzen gegen das Medikament zu erzeugen, schlugen fehl, was bedeutet, dass Teixobactin jahrzehntelang effektiv funktionieren könnte, bevor Krankheitserreger von Natur aus Resistenzen entwickeln.
In der „Antibiotika-Ära“ des 20. Jahrhunderts wurden weitestgehend erfolgreiche, gezielte Maßnahmen gegen krankheitsverursachende Bakterien ergriffen. Medikamente wie Penicillin und Streptomycin wurden zu bekannten Namen, von denen Millionen von Menschen profitierten.
Aber weit verbreiteter Gebrauch - und Missbrauch, wie zum Beispiel bei Patienten, die die Medikamente nicht richtig einnehmen - bedeutete, dass Bakterien Überstunden machten, um eine Resistenz gegen Antibiotika zu entwickeln. Jetzt sind einige Krankheitserreger, einschließlich einiger Tuberkulose-Stämme, gegen alle verfügbaren Antibiotika resistent. Da sich Resistenzen schnell entwickeln können, werden die hohen Kosten für die Arzneimittelentwicklung nicht als langfristig angesehen, und es kommen weniger neue Antibiotika auf den Markt.
Ein Teil des Problems war die Schwierigkeit, die vielversprechendsten Kandidaten im Labor zu finden. Natürliche mikrobielle Substanzen aus Bodenbakterien und Pilzen waren im vergangenen Jahrhundert die Wurzel der meisten Antibiotika-Entwicklungen. Aber nur etwa ein Prozent dieser Organismen können in einem Labor gezüchtet werden. Der Rest ist in erstaunlicher Zahl bislang unkultiviert und für die Medizin nur bedingt von Nutzen.
Lewis und sein Team entschieden sich für einen anderen Ansatz. „Anstatt zu versuchen, die idealen Bedingungen für jeden einzelnen der Millionen von Organismen in der Umwelt herauszufinden, damit sie im Labor wachsen können, züchten wir sie einfach in ihrer natürlichen Umgebung, in der sie bereits die Bedingungen haben brauchen Wachstum “, sagt er.
Zu diesem Zweck entwarf das Team ein Gerät, das eine Bodenprobe zwischen zwei Membranen einschließt, die jeweils mit Poren versehen sind, durch die Moleküle wie Nährstoffe diffundieren, aber den Durchgang von Zellen nicht zulassen. "Wir verwenden es nur, um die Bakterien zu täuschen, dass sie sich in ihrer natürlichen Umgebung befinden", sagt Lewis.
Das Team isolierte 10.000 Stämme von nicht kultivierten Bodenbakterien und bereitete daraus Extrakte vor, die gegen böse pathogene Bakterien getestet werden konnten. Teixobactin erwies sich als das vielversprechendste Medikament. Mäuse, die mit Bakterien infiziert waren, die Infektionen der oberen Atemwege hervorrufen (einschließlich S. aureus oder Streptococcus pneumoniae ), wurden mit Teixobactin behandelt, und das Arzneimittel schlug die Infektionen ohne erkennbare toxische Wirkungen aus.
Es ist wahrscheinlich, dass Teixobactin aufgrund der Art und Weise, wie es auf Krankheiten abzielt, wirksam ist: Das Medikament zerstört bakterielle Zellwände, indem es die Lipidmoleküle angreift, die die Zelle organisch erzeugt. Viele andere Antibiotika zielen auf die Proteine der Bakterien ab, und die Gene, die diese Proteine codieren, können mutieren, um unterschiedliche Strukturen zu erzeugen. Dies bedeutet, dass der Angriff des Arzneimittels nicht immer effektiv ist, sodass einige robuste Bakterien möglicherweise überleben und letztendlich helfen können, einen resistenten Stamm aufzubauen.
Ein vorhandenes Antibiotikum, das auch Lipid-Zellwand-Vorläufer angreift, Vancomycin, wirkte fast 40 Jahre lang effektiv, bevor Bakterien Resistenzen entwickelten. Die neue Verbindung ist wesentlich besser vor Resistenzen geschützt als Vancomycin, so dass sie möglicherweise über einen sehr langen Zeitraum wirksam ist, berichtet das Team heute in der Fachzeitschrift Nature .
Heute kann Teixobactin Infektionsmäuse heilen, was ein guter Anfang ist, und das Medikament ist vielleicht zwei Jahre vom Beginn der klinischen Tests entfernt, die schließlich zur Zulassung für die Behandlung beim Menschen führen könnten. Und so vielversprechend es auch sein mag, Teixobactin ist nur die Spitze des Eisbergs, sagt Lewis. Wer weiß, was unter den vielen Millionen nicht kultivierter Bodenbakterienarten zu finden ist?
"Es ist eine enorme Quelle für neue Antibiotika", sagt Lewis. „Man kann sich alle möglichen Verbindungen vorstellen, die es gibt und die alle möglichen Dinge tun können. Abgesehen von Antibiotika wurden die Verbindungen, die Sie von Bodenmikroorganismen erhalten, auch zur Entwicklung von Krebsmedikamenten, Immunsuppressiva und Entzündungshemmern verwendet. Eigentlich können diese Bakterien sehr gut Antibiotika herstellen, aber es gibt definitiv auch viele andere Therapeutika, die sie herstellen können. “
