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Natürliche Mikropiraten gegen multiresistente Keime

13.03.2014

Einsatz von Bakteriophagen als neue Strategie im Kampf gegen den multiresistenten Keim Achromobacter xylosoxidans

Infektionen durch den oft multiresistenten Keim Achromobacter xylosoxidans werden immer häufiger beschrieben. Der opportunistische Erreger spielt u.a. eine Rolle bei der bisher unheilbaren Stoffwechselkrankheit Mukoviszidose.


Anheftung von JWAlpha-Phagen an Achromobacter-Bakterien DSM 11852. (Elektronenmikroskopische Aufnahme. Die Probe wurde 5 Minuten nach der Phagenapplikation genommen. Die Phagen sind rot gefärbt

@HZI (M.Rohde), DSMZ (J.Wittmann)


Elektronenmikroskopische Bilder von Ultradünnschnitten von Bakterienzellen, die mit Phagen infiziert wurden. Die wabenähnlichen Strukturen in den Zellen sind die Phagenköpfe.

@HZI (M.Rohde), DSMZ (J.Wittmann)

Bakteriophagen (kurz: Phagen) wären als die natürlichen Feinde der Bakterien eine naheliegende Alternative, um Infektionen, besonders mit „Krankenhauskeimen“, wirksam zu bekämpfen. Dr. Johannes Wittmann, Forscher am Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen in Braunschweig, isolierte verschiedene Phagen gegen das Bakterium und analysierte sie eingehend.

Es ist die erste Studie, die eine große Anzahl und Diversität von Phagen zusammenstellt, die möglicherweise gegen den Keim Achromobacter xylosoxidans einsetzbar sind. Weitere Untersuchungen folgen, um ihr Potenzial als Therapiephagen zu prüfen. Die Ergebnisse wurden gerade in den wissenschaftlichen Journalen PLOS One und Virology Journal veröffentlicht.

Viren, die Bakterien befallen, werden als Bakteriophagen bezeichnet. Sie rücken zunehmend in den Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Dies hat ganz praktische Gründe: In Zeiten, in denen Antibiotika zur Bekämpfung multiresistenter bakterieller Infektionserreger erschreckend wirkungslos werden, gewinnen die natürlichen Feinde der Bakterien neue Bedeutung. Hier setzt die aktuelle Grundlagenforschung an der DSMZ im Team um Dr. Johannes Wittmann und Dr. Christine Rohde an.

"Wie der Name Bakteriophagen, aus dem griechischen „"phagos"“ abgeleitet, verrät, "fressen"“ diese Viren Bakterien und vernichten sie damit", erklärt Dr. Johannes Wittmann, Postdoc an der DSMZ. „"Die Phagen nutzen dazu ein ausgeklügeltes System. Sie injizieren ihre Erbsubstanz in die Bakterienzelle, die von der Proteinmaschinerie der Bakterien abgelesen wird." Durch diese Umprogrammierung übernehmen die Phagen wie „"Mikropiraten"“ das Kommando in der Bakterienzelle. Es entsteht eine Vielzahl neuer Phagen. Die Wirtszelle platzt und entlässt hunderte dieser Viren, die weitere Bakterien vernichten können.“

Neue Strategie im Kampf gegen multiresistente Keime

Das effektive Wirkprinzip der Phagen und ihre Unschädlichkeit gegenüber dem menschlichen Organismus könnten sie zu einem Mittel im Kampf gegen verschiedene multiresistente Infektionserreger machen. „"Phagen sind zur Bekämpfung von Pathogenen besonders geeignet, da sie spezifisch für jeweils eine Wirtsbakterienart sind“", so Johannes Wittmann. "Sie sind quasi ein "„intelligentes"“, selbstlimitierendes Medikament und vermehren sich nur am Ort der bakteriellen Infektion und nur bis alle Wirtsbakterien verbraucht sind."“

Im Fokus der ersten breit angelegten wissenschaftlichen Phagen-Studie der DSMZ steht der bisher nur unzureichend erforschte opportunistische Infektionserreger Achromobacter xylosoxidans, ein bewegliches Gram-negatives Stäbchen. Der Keim ist weit verbreitet in der natürlichen Umwelt, im Boden oder verschiedenen Wasserquellen. Er kann aber auch schwere Infektionen bei immunsupprimierten Menschen, wie Endokarditis, Bakteriämie oder Meningitis verursachen.

"Im medizinischen Bereich spielt der häufig multiresistente Erreger Achromobacter eine nicht zu vernachlässigende Rolle bei der Mukoviszidose, einer tragischen, bisher unheilbaren Stoffwechselkrankheit“", informiert Johannes Wittmann. „"Der Keim ist dort oft einer unter mehreren, die in der erkrankten Lunge meist Biofilme bilden. Biofilme sind durch Phagen besser erreichbar als durch Antibiotika. Gerade die opportunistisch pathogenen Keime bereiten im Krankenhaus große Sorgen. Für das Projekt standen wir deshalb auch in fachlichem Austausch mit der Charité in Berlin.“"

"Wir verzeichnen besonders in den letzten Jahren eine Zunahme der Patienten mit opportunistischen Infekten“", berichtet dazu Univ.- Prof. Dr. Martin Witzenrath von der Medizinischen Klinik mit Schwerpunkt Infektiologie und Pneumologie der Charité - Universitätsmedizin Berlin. „"In diesem Zusammenhang stellen uns Erreger mit Resistenzen gegen gängige Antibiotika, wie Penicillin, Makrolide oder Cephalosporine vor große Herausforderungen in der Therapie der Patienten. Klinisch macht uns auch Achromobacter Probleme, besonders bei Patienten mit Mukoviszidose. Es steht zu befürchten, dass wir zukünftig noch häufiger mit ihm konfrontiert werden. Dies zeigt den dringenden Bedarf an neuen Alternativen, um antibiotikaresistente Pathogene zu bekämpfen. Die vorliegende Studie von Dr. Wittmann ist ein wichtiges Exempel für eine neue Alternativstrategie.“"

Neue Phagen gegen Achromobacter

"Phagen lassen sich am einfachsten dort aufspüren, wo auch die vermuteten Keime zu finden sind, z. B. in Abwässern. Wir konnten die Phagen, die wirksam gegen Achromobacter sind, gut aus Klärwässern der Stadtwerke isolieren. Für das Screening wurden die Klärwerks-Filtrate mit den Wirtsbakterien inkubiert“", erzählt Johannes Wittmann. „"Anhand der Löcher im Bakterienrasen auf den Agarplatten sind passende Phagen bald erkennbar.“"

Als Wirtsbakterien wurden über 60 verschiedene Stämme der Gattung Achromobacter mit einer hohen mikrobiologischen Vielfalt eingesetzt. Sie stammten aus der Sammlung der DSMZ und anderen Kulturensammlungen in Schweden, der Tschechischen Republik, Belgien und Kanada. Die Stämme wurden meist aus klinischen Proben wie Sputum, Blut, Urin sowie aus der Umwelt isoliert und wiesen durchweg eine Vielzahl von Resistenzen gegen die in Kliniken eingesetzten Antibiotika auf.

Insgesamt 34 Phagen konnten isoliert und charakterisiert werden. Zum Teil wurde ihre Erbsubstanz in der DSMZ bereits entschlüsselt. "Dabei war sehr überraschend, dass wir zwei Vertreter in die seltene Phagenfamilie „N4-like“ einordnen konnten", so Wittmann.
"Um die gegen Achromobacter wirksamen Phagen jetzt auch auf ihren Einsatz als Therapiephagen zu überprüfen und in die Sammlung der Therapiephagen der DSMZ zu integrieren, müssen noch weitere Studien erfolgen"“, informiert Dr. Christine Rohde, Leiterin der AG. „"Dazu gehört die vollständige Sequenzierung des Phagengenoms, um Gene auszuschließen, die für unerwünschte Eigenschaften kodieren.“"

Phagensammlung der DSMZ:

Die Phagenspezialsammlung umfasst derzeit etwa 350 Phagen für die unterschiedlichsten Bakterien. Die enge Bindung an einen passenden bakteriellen Wirt macht die Phagen für den Menschen interessant. Man kann mit ihnen gegen schädliche Bakterien vorgehen, sei es in der Tierhaltung, der Landwirtschaft, in der Lebensmittelherstellung oder in der medizinischen Therapie.
https://www.dsmz.de/catalogues/catalogue-microorganisms/groups-of-organisms-and-...

Neueröffnung der Therapiephagenbank der DSMZ (März/2014):
Weitere Informationen zur Spezialsammlung, zum Einsatz der Phagen und zu den Lieferbedingungen unter dem folgenden Link:
https://www.dsmz.de/catalogues/catalogue-microorganisms/groups-of-organisms-and-...

Allgemeine Phagen-Informationsseite der DSMZ:
Die Infoseite der DSMZ richtet sich an alle, die mehr über Phagen und Phagentherapie wissen möchten. https://www.dsmz.de/de/start/phagen-infoseite.html

Originalartikel:

J. Wittmann et al.: Isolation and Characterization of Numerous Novel Phages Targeting Diverse Strains of the Ubiquitous and Opportunistic Pathogen Achromobacter xylosoxidans. PLOSone (2014)
http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0086935
J. Wittmann et.al : First genome sequences of Achromobacter phages reveal new members of the N4 family. Virology Journal 2014, 11:14 http://www.virologyj.com/content/11/1/14

Weiterführende Literatur:

C. Rohde & J. Sikorski: Bakteriophagen – Vielfalt, Anwendung und ihre Bedeutung für die Wissenschaft vom Leben. Naturwiss. Rundschau (2011) 751, 5 – 14
J. Garbe et al. (2010): Characterization of JG024, a pseudomonas aeruginosa PB1-like broad host range phage under simulated infection conditions. BMC Microbiology 2010, 10:301 doi:10.1186/1471-2180-10-301
L. Kvachadze et al.: Evaluation of lytic activity of staphylococcal bacteriophage Sb-1 against freshly isolated clinical pathogens. Microbial Biotechnol. (2011) 4(5), 643-650

Hinweise für die Medien:

Sie finden diese Pressemitteilung und Pressebilder in Deutsch und Englisch auf unserer Internetseite www.dsmz.de unter dem Direktlink https://www.dsmz.de/de/start/details/entry/tiny-natural-pirates.html.

Über das Leibniz-Institut DSMZ

Das Leibniz-Institut DSMZ–Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH ist eine Einrichtung der Leibniz-Gemeinschaft und mit seinen umfangreichen wissenschaftlichen Services und einem breiten Spektrum an biologischen Materialien seit Jahrzehnten weltweiter Partner für Forschung und Industrie. Als einem der größten biologischen Ressourcenzentren seiner Art wurde der DSMZ die Übereinstimmung mit dem weltweit gültigen Qualitätsstandard ISO 9001:2008 bestätigt. Als Patenthinterlegungsstelle bietet die DSMZ die bundesweit einzigartige Möglichkeit, biologisches Material nach den Anforderungen des Budapester Vertrags aufzunehmen. Neben dem wissenschaftlichen Service bildet die sammlungsbezogene Forschung das zweite Standbein der DSMZ. Die Sammlung mit Sitz in Braunschweig existiert seit 44 Jahren und beherbergt mehr als 49.000 Kulturen und Biomaterialien. Die DSMZ ist die vielfältigste Sammlung weltweit: neben Pilzen, Hefen, Bakterien und Archaea werden dort auch menschliche und tierische Zellkulturen sowie Pflanzenviren und pflanzliche Zellkulturen erforscht und archiviert.
www.dsmz.de

Leibniz Gemeinschaft

Die Leibniz-Gemeinschaft verbindet 89 selbständige Forschungseinrichtungen. Deren Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute bearbeiten gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevante Fragestellungen. Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Grundlagenforschung. Sie unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer in Richtung Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit. Leibniz-Institute pflegen intensive Kooperationen mit den Hochschulen - u.a. in Form der Wissenschaftscampi -, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem maßstabsetzenden transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 16.500 Personen, darunter 7.700 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Der Gesamtetat der Institute liegt bei 1,4 Milliarden Euro.

Pressekontakt:

Susanne Thiele
Leiterin Presse und Kommunikation
Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH
Inhoffenstraße 7 B
38124 Braunschweig
Deutschland / Germany
Tel. ++49531-2616-300
Fax ++49531-2616-418
mobil ++0151 140 925 14
susanne.thiele@dsmz.de

Social Web:
www.facebook.com/Leibniz.DSMZ
www.twitter.com/Leibniz_DSMZ_en

Director: Prof. Dr. Jörg Overmann
Country court: Braunschweig HRB 2570
Chairman of the superviory board: MR Dr. Axel Kollatschny

Die DSMZ ist Mitglied im Biodiversitätsverbund der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz (Leibniz-Gemeinschaft) e.V.www.leibniz-gemeinschaft.de

Weitere Informationen:

http://www.dsmz.de

Susanne Thiele | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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