Vereinfachte Suche nach Antibiotika

Neuartige Sensoren mit einer unübertroffenen Empfindlichkeit verhelfen vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) unterstützten Forschenden zu neuen Erkenntnissen über Bakterien: Ob sich diese als Einzelgänger frei fortbewegen oder aber zusammenspannen und für Antibiotika undurchdringliche Biofilme bilden, bestimmt die Konzentration eines bestimmten Botenstoffs. Dass man diesen nun in einzelnen lebenden Zellen messen kann, dürfte bei der Suche nach neuen Antibiotika helfen.

Wie viele andere Bakterien auch, kommt Pseudomonas aeruginosa – ein gefürchteter Krankheitserreger – in zwei verschiedenen Lebensformen vor: Entweder bildet er als virulenter Keim Geisseln aus, die der Fortbewegung dienen und sich propellerartig drehen können, oder er lässt sich als persistenter Keim beispielsweise in der Lunge nieder und formt mit seinesgleichen eine dünne Schleimschicht, einen so genannten Biofilm. Dieser ist für Antibiotika nur schwer zugänglich, weshalb etwa die chronischen Lungenentzündungen, die dieser Erreger bei Personen mit zystischer Fibrose verursacht, nicht ausreichend behandelt werden können.

Leuchtende Eiweisse
An was es liegt, ob der Erreger nun die virulente oder die persistente Lebensform annimmt, hat Matthias Christen als Postdoktorand in der Gruppe von Samuel Miller an der University of Washington kürzlich herausgefunden. Hierzu entwickelten die Forschenden in Zusammenarbeit mit Kollegen der Stanford University neuartige Biosensoren: Fluoreszierende Eiweisse, die sich im Innern des Keims an einen bakteriellen Botenstoff ankoppeln können. Wenn diese Eiweisse aber mit dem Botenstoff verbunden sind, leuchten sie weniger stark. Deshalb gibt die Leuchtintensität einer Zelle Auskunft über die in ihr enthaltene Menge des Botenstoffs. «Unsere neue Methode ist so sensitiv, dass wir damit einen Unterschied von nur 200 bis 300 Molekülen in einer Bakterie sichtbar machen können», sagt Christen.
Hilfreich bei der Entwicklung neuer Medikamente
Mit diesen Biosensoren beobachteten die Forschenden, dass die beiden Tochterzellen einer sich teilenden Zelle eine unterschiedliche Menge Botenstoff enthalten und sich in der Folge verschieden entwickeln: Während eine hohe Konzentration des Botenstoffs zu sesshaften persistenten Bakterien führt, bilden sich bei einer fünffach niedrigeren Konzentration schwimmende virulente Keime aus.

Diese Erkenntnisse könnten sich hilfreich erweisen für die Entwicklung von neuen Medikamenten: Mit den unterschiedlich stark leuchtenden Eiweissen können Substanzen, die etwa die Entstehung von Biofilmen unterbinden können, wesentlich schneller und einfacher aufgespürt werden, sagt Christen, der soeben mit der Suche nach neuen Wirkstoffen begonnen hat.

Kontakt:
Dr. Matthias Christen
ETH Zurich
Department of Biosystems Science and Engineering (D-BSSE)
Mattenstrasse 26
CH-4058 Basel
Tel.: +41 61 387 32 70
E-Mail: matthias.christen@bsse.ethz.ch