Wie der Problemkeim Pseudomonas aeruginosa auf Antibiotika reagiert

Wie verschiedene Arzneistoffe auf das Problembakterium Pseudomonas aeruginosa wirken, haben Forschende der Ruhr-Universität Bochum (RUB) untersucht. Laut Weltgesundheitsorganisation werden dringend neue Therapieoptionen für den Krankheitserreger benötigt, da einige Stämme bereits resistent gegen alle derzeit zugelassenen Antibiotika sind. Das Bochumer Team behandelte P. aeruginosa mit verschiedenen Substanzen und beobachtete deren Effekte auf die Proteinausstattung der Bakterien, auch Proteom genannt. Aus den Ergebnissen können die Forschenden zum einen schließen, wie Resistenzen zustande kommen; zum anderen ergeben sich neue Ansätze für die Suche nach Wirkstoffen gegen den Problemkeim.

Das RUB-Team um Prof. Dr. Julia Bandow beschreibt die Analysen gemeinsam mit einer Gruppe der US-amerikanischen Duke University in „Antimicrobial Agents and Chemotherapy“, einem Journal der American Society for Microbiology, online veröffentlicht am 8. November 2021.

Bakterien werden häufig in die beiden Gruppen Gram-positiv und Gram-negativ eingeteilt, je nachdem wie sie auf ein bestimmtes Färbeverfahren, die Gram-Färbung, reagieren. „Pseudomonas aeruginosa ist der Gram-negative Problemkeim schlechthin“, sagt Julia Bandow, Leiterin der RUB-Arbeitsgruppe Angewandte Mikrobiologie. Patientinnen und Patienten können sich beispielsweise in Krankenhäusern mit dem Keim infizieren; er löst Lungenentzündungen oder Blutvergiftungen aus, die tödlich sein können.

Besondere Eigenschaften könnten Angriffsziel für Medikamente sein

Gram-negative Bakterien haben einige andere Eigenschaften als Gram-positive Bakterien, beispielsweise stellen sie besondere Fett-Zuckerverbindungen her, die sie für den Aufbau ihrer äußeren Membran benötigen. „Einige Eigenschaften der Gram-negativen Bakterien könnten attraktive Angriffsmöglichkeiten für Antibiotika bieten“, so Bandow. „Speziell danach suchen wir.“

Im ersten Schritt wollten die Forschenden verstehen, warum P. aeruginosa gegen so viele herkömmliche Antibiotika resistent ist. Sie behandelten den Keim mit zwölf verschiedenen zugelassenen Antibiotika und dokumentierten die daraus resultierenden Veränderungen im Proteom. Daraus wiederum können sie ableiten, wie sich die Zelle gegen die Antibiotika zur Wehr setzt. Außerdem teilte das Team die einzelnen Substanzen je nach Ähnlichkeit der ausgelösten Effekte in Gruppen ein.

Des Weiteren testeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die noch nicht zugelassene Substanz CHIR-090, die die Produktion von Fett-Zuckerverbindungen blockiert. Verglichen mit den Effekten der zugelassenen Antibiotika erzeugte CHIR-090 eine einzigartige Proteom-Antwort. Dieser Stoffwechselweg wird bislang in der Praxis noch nicht als Angriffspunkt für Antibiotika genutzt. Daher sind bei den klinisch relevanten Bakterienstämmen noch keine Resistenzen gegen den Wirkstoff zu beobachten. „Man geht davon aus, dass sich Resistenzen gegenüber neuen Substanzklassen langsamer ausbilden als gegenüber Substanzen, die Abkömmlinge von herkömmlichen Antibiotika sind“, erklärt Julia Bandow.

Cesar

Das Centrum für systembasierte Antibiotikaforschung wird an der RUB in Zusammenarbeit mit der Lead Discovery Center GmbH (Dortmund) aufgebaut. Es soll der Erschließung neuer Wirkstoffe dienen und die Vernetzung mit Akteuren aus Wirtschaft und Hochschullandschaft regional und überregional intensivieren. Der Aufbau von Cesar wird vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung und dem Land NRW mit rund 4 Millionen Euro gefördert.

Förderung

Die Arbeiten wurden zum Teil durch das Land Nordrhein-Westfalen und die EU-Kommission sowie durch die National Institutes of Health (USA, Förderkennzeichen AI094475 und GM115355) gefördert.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Julia Bandow
Arbeitsgruppe Angewandte Mikrobiologie
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 23102
E-Mail: julia.bandow@rub.de

Originalpublikation:

Dominik Wüllner, Maren Gesper, Annika Haupt, Xiaofei Liang, Pei Zhou, Pascal Dietze, Franz Narberhaus, Julia E. Bandow: Adaptive responses of Pseudomonas aeruginosa to treatment with antibiotics, in: Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2021, DOI: 10.1128/AAC.00878-21

http://www.ruhr-uni-bochum.de/