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Pseudomonas-Infektionen sind bisher nur schwer behandelbar. Mittels eines neuartigen Models und einer Antibiotika-Kombination konnten HZI-Forscher nun Fortschritte in der Therapie erzielen.
Pseudo­mo­nas-Infek­tio­nen sind bisher nur schwer behan­del­bar. Mittels eines neuar­ti­gen Models und einer Antibio­tika-Kombi­na­tion konnten HZI-Forscher nun Fortschritte in der Thera­pie erzie­len.Bild: Helmholtz-HZI

Patien­ten mit der Erbkrank­heit Cysti­sche Fibrose leiden häufig unter hartnä­cki­gen Infek­tio­nen mit dem Bakte­rium Pseudo­mo­nas aerugi­nosa. Dieser Keim bildet in der Lunge sogenannte Biofilme. Dank dieser Schleim­schicht können sie der Behand­lung mit Antibio­tika trotzen. Wissen­schaft­ler am Helmholtz-Zentrum für Infek­ti­ons­for­schung (HZI) in Braun­schweig haben nun Kombi­na­tio­nen mehre­rer Antibio­tika getes­tet, die dennoch wirksam sind. Möglich machte dies ein neues Modell, das sie selbst entwi­ckelt haben und welches sie jetzt im Fachjour­nal Antimi­cro­bial Agents and Chemo­the­rapy beschreiben.

Infek­tio­nen der oberen Atemwege, zumeist hervor­ge­ru­fen durch Pseudo­mo­nas aerugi­nosa, sind die häufigste Todes­ur­sa­che bei Menschen mit Cysti­scher Fibrose. Da sich der Keim mit einer Schleim­schicht umgibt, lässt er sich beson­ders schwer behan­deln. Bakte­rien, die keine Biofilme bilden können, sind hinge­gen empfind­lich gegen Antibio­tika. „Bisher konnten wir Biofilme nur in sehr künst­li­chen Model­len im Labor unter­su­chen“, sagt Dr. Vinay Pawar, Wissen­schaft­ler in der HZI-Abtei­lung „Moleku­lare Immuno­lo­gie“ und Erstau­tor der Publi­ka­tion. Gemein­sam mit Kolle­gen aus der Abtei­lung „Moleku­lare Bakte­rio­lo­gie“ ist es ihm nun gelun­gen, ein neues Modell­sys­tem in Mäusen zu etablie­ren. „Es kommt der Situa­tion im Menschen sehr nahe.“

Erstmals können die Forscher mit diesem Modell die Bildung des bakte­ri­el­len Biofilms in der Lunge realis­tisch nachbil­den und dadurch nachvoll­zie­hen, weshalb die Keime so wider­stands­fä­hig gegen Medika­mente sind. Zunächst stell­ten sie fest, dass die Mittel Tobra­my­cin, Cipro­flo­xa­cin und Colis­tin in norma­ler Dosie­rung den Biofilm­bak­te­rien jedoch nichts anhaben konnten. Erst eine stark erhöhte Dosis zeigte Wirkung. Diese würde im Patien­ten aller­dings auch die Neben­wir­kun­gen verstärken.

Um dies zu umgehen, kombi­nier­ten die Forscher zwei der Antibio­tika und hatten Erfolg: „Die Kombi­na­tion von Tobra­my­cin und Colis­tin ist hochgra­dig effek­tiv gegen Pseudo­mo­nas“, sagt Pawar. Die beiden Mittel wirken auf unter­schied­li­che Weisen, weswe­gen sie sich zur Bekämp­fung der Biofilm-Bakte­rien optimal ergänzen.

Im äußeren Bereich dieser Bakte­ri­en­ge­mein­schaft haben die Keime einen sehr aktiven Stoff­wech­sel und vermeh­ren sich in hoher Geschwin­dig­keit. Hier wirkt Tobra­my­cin. Es verhin­dert, dass die Bakte­rien Prote­ine produ­zie­ren können. Ohne diese lebens­wich­ti­gen Bausteine der Zellen sterben die Mikro­ben ab. Colis­tin hinge­gen greift die Zellwand an und kann dadurch auch weniger aktive Bakte­rien töten, wie sie im Inneren des Biofilms vorkommen.

Was die Wissen­schaft­ler am Beispiel der Pseudo­mo­nas-Infek­tion gezeigt haben, können sie nun mit ihrem Modell­sys­tem auch für andere Infek­tio­nen unter­su­chen. Dabei sind auch gemischte Popula­tio­nen möglich. „Meist leben in Biofil­men mehrere verschie­dene Bakte­ri­en­ar­ten in einer Gemein­schaft“, sagt Pawar. „Wir können in unserem Modell somit realis­ti­schere Bedin­gun­gen unter­su­chen als es bisher möglich war.“ Zukünf­tig testen die Wissen­schaft­ler in ihrem Mausmo­dell neuar­tige Substan­zen, darun­ter auch solche, die am HZI entwi­ckelt werden.