Gibt es wirklich keine Lösung für das Problem der Antibiotikaresistenz? Zukünftige Gegenmittel gegen „Superbugs“ →

Pathogene Mikroorganismen, die beim Menschen Krankheiten verursachen, kommen in jedem Aspekt unseres Lebens vor und wir sind ständig dem Risiko einer bakteriellen Infektion ausgesetzt. Gibt es ein Lebewesen, das Bakterien ebenfalls abschreckt und in der Natur eine Rolle bei der Bekämpfung von Bakterien spielt?

Heute stellen wir Ihnen ein magisches Virus der ökologischen Welt vor: den Bakteriophagen .

1 Was ist ein Bakteriophage?

Bakteriophagen sind Viren, die Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und Actinomyceten infizieren und in sie eindringen können. Sein Name leitet sich vom griechischen Wort „ phagos “ ab, was „verschlingen“ bedeutet, und ist hauptsächlich auf seine Fähigkeit zurückzuführen, Wirtsbakterien zu lysieren [1-2]. Obwohl wir sie nicht kennen, kommen sie in unserer Umgebung häufiger vor als Bakterien. Sie sind auf der Erde eine weitverbreitete und vielfältige biologische Einheit. Ihre Zahl beträgt etwa 1031, also etwa zehnmal mehr als die von Bakterien. Sie kontrollieren die Anzahl der Bakterien und entwickeln sich gemeinsam mit ihnen weiter[3].

Bakteriophagen wurden 1915 entdeckt, 13 Jahre vor den heute weit verbreiteten Antibiotika. Aufgrund des damaligen Ersten Weltkriegs ruhte die Forschung an Bakteriophagen, die aufwendig zu kultivieren waren und ein enges Wirtsspektrum besaßen. 1928 wurde das erste Antibiotikum, Penicillin, eingeführt.

Die erstaunliche therapeutische Wirkung von Penicillin übertraf die von Bakteriophagen bei weitem, was die meisten Wissenschaftler dazu veranlasste, ihren Schwerpunkt auf die Entwicklung wirksamerer Antibiotika zu verlagern [4]. Eine kleine Zahl von Wissenschaftlern erforscht jedoch weiterhin die grundlegenden Eigenschaften von Bakteriophagen und die Behandlung von Krankheiten. Sie haben diese Bakterien hundert Jahre lang im Stillen erforscht und damit eine solide Grundlage für den Einsatz von Bakteriophagen als alternative Behandlungsmethode für medikamentenresistente bakterielle Infektionen gelegt.

Angesichts des Missbrauchs von Antibiotika, der langsamen Fortschritte bei der Entwicklung neuer Antibiotika und der rapiden Zunahme der Zahl und Arten medikamentenresistenter Bakterien haben Wissenschaftler in den letzten Jahren die Phagentherapie mit lange ruhenden Bakterien entwickelt, um Lösungen zu finden und Patienten besser behandeln zu können.

2 Wie Bakteriophagen funktionieren

Bakteriophagen verfügen über eine hohe Spezifität, das heißt, ein Phage kann nur eine begrenzte Anzahl von Bakterien (diese Bakterienart oder deren Varianten) angreifen. Es gibt zwei Arten von Bakteriophagen: virulente Phagen und temperente Phagen. Ihre Haltung gegenüber Bakterien ist genau wie ihre Namen: Die einen sind „wild“, die anderen „sanft“.

Nachdem der Phage das zu ihm passende bakterielle Oberflächenantigen identifiziert hat, heftet er sich an die Oberfläche, durchstößt mit den unter seinem Schwanz verborgenen Schwanzstacheln die Bakterienschale und injiziert durch das Zusammendrücken des Schwanzes seine eigene DNA oder RNA in die Bakterien. Der virulente Phage nutzt die Nährstoffe der Bakterien, um genetisches Material schnell zu replizieren und neue Phagen zusammenzusetzen . Der gemäßigte Phage hat es mit der Replikation nicht eilig. Es integriert zunächst seine eigene Gensequenz in das Bakterienchromosom und teilt sich dann, wenn sich die Bakterien teilen, und wird von Generation zu Generation weitergegeben. Bei Bedarf startet es seine Lysefähigkeit neu und reproduziert und baut sich schnell wieder auf. Aufgrund des übermäßigen inneren Drucks lysieren und sterben die Bakterien schließlich ab, wodurch der Phage freigesetzt wird . Der neu freigesetzte Phage sucht sofort nach neuen Zielen und wiederholt die oben genannten Schritte, um die pathogenen Bakterien abzutöten. Bei den derzeit in der Phagentherapie eingesetzten Phagen handelt es sich überwiegend um virulente Phagen.

3 Eigenschaften von Bakteriophagen

Bakteriophagen weisen eine hohe Spezifität und Diversität auf:

Wie bereits erwähnt, kann ein Bakteriophage grundsätzlich nur eine begrenzte Anzahl von Bakterien (diese Bakterienart oder ihre Varianten) angreifen. Bakteriophagen kommen in der Natur in großer Menge vor und Bakteriophagen mit unterschiedlichen Erkennungsbereichen kommen auch in verschiedenen Formen und Größen vor.

Bakteriophagen sind hochwirksam:

Bakteriophagen verfügen über starke Replikations- und Proliferationsfähigkeiten. Sie vermehren sich im infizierten Bereich exponentiell und können Krankheitserreger schnell (innerhalb von 24 Stunden) effektiv eliminieren.

Bakteriophagen weisen eine gute Biosicherheit auf:

Bakteriophagen sind unempfindlich gegenüber anderen unspezifischen Bakterien und zerstören keine andere Bakterienflora. Da Bakteriophagen gleichzeitig selbstlimitierend sind und außerhalb des bakteriellen Wirtes nicht überleben können, werden sie nach dem Verschwinden des Wirtes abgebaut und aus dem Körper ausgeschieden, ohne im Körper zu verbleiben[5].

4 Anwendung von Bakteriophagen

Die Phagentherapie hat nach und nach Einzug in unser Leben gehalten. Während sich das Problem der Antibiotikaresistenz weiter verschärft, konnten Phagen als alternative Behandlung für medikamentenresistente bakterielle Infektionen bei zahlreichen durch bakterielle Infektionen verursachten Krankheiten Durchbrüche erzielen. Die Hauptrichtungen der aktuellen Phagentherapie sind die Ganzphagentherapie und die Therapie mit lytischen Enzympräparaten.

Wissenschaftler machen sich die hohe Spezifität von Bakteriophagen zunutze und mischen mehrere Phagen mit unterschiedlichen antibakteriellen Spektren, um ein „Cocktailpräparat“ herzustellen. Diese Therapie wird „ Cocktail-Therapie “ genannt und ist eine häufig verwendete Methode in der Vollphagentherapie. Um die bakterizide Wirkung zu verbessern, wird heute zur Behandlung auf den synergistischen Einsatz von Bakteriophagen und Antibiotika zurückgegriffen.

Die derzeit entwickelten medizinischen Phagenprodukte decken Krankheiten ab, die durch eine Vielzahl von Bakterien verursacht werden , wie etwa eitrige Entzündungen durch Staphylococcus aureus, Typhus, akute Gastroenteritis oder Sepsis durch Salmonella typhi und Salmonella paratyphi, bakterielle Ruhr durch Shigella, Infektionskrankheiten durch Listeria und Klebsiella sowie Enterokolitis, akute und chronische Kolitis, Dysbakteriose und infektiöse Entzündungen der Ohren, der Nase und des Rachens durch andere pathogene Bakterien.

Zu den Krankheiten, an deren Vorbeugung Bakteriophagen beteiligt sind, zählen Streptokokken-Erkrankungen, Escherichia coli-Erkrankungen und andere gastrointestinale Erkrankungen. Sie beseitigen mögliche kolonisierende Bakterien bei Organtransplantationen, erhöhen die Erfolgsrate von Organtransplantationen und passen die Flora mehrerer epidermaler Stellen an, um bakterielle Infektionen zu verhindern [6].

5 Bakteriophagen könnten das Gegenmittel gegen „Superbakterien“ sein

Als „Superbakterien“ bezeichnet man multiresistente Bakterien, die gegen fast alle Antibiotika resistent sind und so dem Tod entgehen. Wenn wir erst einmal mit solchen Bakterien infiziert sind, ist eine Heilung schwierig, und früher gab es keine Heilung, was eine große Gefahr für unsere Gesundheit darstellte.

Normalerweise haben Wissenschaftler nur zwei Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen: Entweder sie entwickeln weiterhin neue Antibiotika zur Bekämpfung der Krankheit und entwickeln erfolgreich Alternativen, bevor Superbakterien neue Resistenzen gegen die Medikamente entwickeln; die andere Möglichkeit besteht darin, einen anderen Weg zu finden und sie mithilfe einer Phagentherapie überraschend abzutöten, ohne dass eine Phagenresistenz entsteht.

Heutzutage ist bei der Entwicklung von Antibiotika eine Engpassphase eingetreten und die Entwicklung schreitet nur langsam voran. Besonders schwierig ist es, mit neuen Antibiotika den Druck durch Superbakterien zu lindern. Bakteriophagen könnten das Gegenmittel für Superbakterien sein und gleichzeitig Patienten mit schweren multiresistenten bakteriellen Infektionen Hoffnung auf Leben geben.

Das enge Wirtsspektrum der Bakteriophagen ermöglicht die Selektion spezifischer Krankheitserreger und die Vermeidung der normalen Flora. Dadurch wird eine Behandlung gewährleistet, ohne dass den Patienten Schaden zugefügt wird. Es löst das Problem der Antibiotika, die wahllos Krankheitserreger und die normale Flora angreifen, und bietet eine neue Idee zur Vorbeugung ähnlicher Probleme wie Antibiotika, die den menschlichen Körper selbst schädigen.

Das Zeitalter der Bakteriophagen ist angebrochen. Freuen wir uns auf die Einbeziehung in die tägliche medizinische Versorgung und kämpfen wir gemeinsam gegen die Invasion pathogener Bakterien.

Das populärwissenschaftliche Thema dieses Artikels ist den TOP10 der wichtigsten Forschungsgebiete im Bereich der Biowissenschaften im Bericht „Research Frontiers 2024“ entnommen.

【Referenzen】

[1] Cong Cong, Li Jibin, Wang Lili et al. Studie zu den frühen historischen Dokumenten über Bakteriophagen in China[J]. Ausländische Medizin (Antibiotika), 2023,44(2):73-82.

[2] Dion MRB, Oechslin F, Moineau S. Phagendiversität, Genomik und Phylogenese[J]. NATURE REVIEWS MIKROBIOLOGIE, 2020,18:125.

[3] Salmond GPC, Fineran P C. Ein Jahrhundert des Phagen: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft[J]. Nature Reviews Mikrobiologie, 2015,13(12):777-786.

[4] Hong Ruoxuan. Überblick über den Forschungsfortschritt in der Phagentherapie bei bakteriellen Infektionen[J]. Moderne Wirtschaft und Industrie, 2019(13):71-74.

[5] Zhang Zhihong, Zhong Youhong, Wang Peng. Forschungsstand der Phagentherapie[J]. Chinesisches Journal für Tropenmedizin, 2021, 21(7): 698-703.

Herausgeber: Liu Yang und Zhao Na

Korrekturgelesen von Li Na und Li Yule

Produzent: Peng Bin

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