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Antibiotika mit neuem Wirkmechanismus

Bakterien
Viele krankmachende Bakterien sind gegen gängige Antibiotika immun. (Bild: Dr_Microbe/ istock)

Die Welt braucht neue Antibiotika: Angesichts des zunehmenden Resistenzproblems wird unter Hochdruck nach neuen Mitteln gegen bakterielle Krankheitserreger gefahndet. Forschern ist dabei nun ein Erfolg geglückt: Sie haben Substanzen aus der Gruppe der sogenannten Glykopeptide gefunden, die ganz anders wirken als gängige Antibiotika. Denn anstatt den Aufbau der bakteriellen Zellwand zu blockieren, verhindern sie deren Abbau – ein für die Zellteilung wichtiger Prozess. Erste Experimente legen nahe, dass die Mittel dank dieser Strategie auch gegen multiresistente Keime wie MRSA Wirkung zeigen.

Einst waren sie die schärfste Waffe der Medizin gegen bakterielle Erreger. Doch inzwischen haben viele Antibiotika ihre Durchschlagskraft verloren. Durch den unkontrollierten und massenhaften Einsatz dieser Medikamente entwickeln immer mehr krankmachende Bakterien Resistenzen. Viele Erreger, darunter etwa der Krankenhauskeim MRSA oder die ESBL-Bakterien, sind sogar schon gegen mehrere Wirkstoffklassen immun. Angesichts dieser besorgniserregenden Entwicklung schlägt auch die Weltgesundheitsorganisation (WHO) Alarm: Sie forderte bereits vor einigen Jahren öffentlichkeitswirksam zur Suche nach Alternativen zu den bisher gängigen Mitteln auf.

Elizabeth Culp von der McMaster University in Hamilton und ihr Team könnten eine solche Alternative nun gefunden haben. Sie berichten von der Entdeckung antimikrobieller Substanzen, die ganz anders wirken als gängige Antibiotika. Für ihre Studie widmeten sich die Wissenschaftler den sogenannten Glykopeptid-Antibiotika. Diese Substanzen werden in der Natur von Bodenbakterien produziert. Sie wirken vor allem gegen grampositive Erreger und kommen teilweise schon als sogenannte Reserveantibiotika zum Einsatz. Viele Verbindungen aus der Gruppe der Glykopeptide sind bisher jedoch noch nicht im Detail erforscht worden.

Andere Gene, andere Wirkung?

Genau das wollten Culp und ihre Kollegen nachholen. Konkret konzentrierten sie sich bei ihrer Suche auf den Familienstammbaum und die Gene der bakteriellen Produzenten solcher Glykopeptide. Denn bestimmte genetische Bauanleitungen können mit bekannten Resistenzmechanismen in Verbindung gebracht werden. Glykopeptide ohne diese Merkmale könnten demnach mögliche Kandidaten für neue Antibiotika sein – und Bakterien über andere als die bekannten Mechanismen angreifen, so die Idee der Forscher. „Unsere Hypothese war: Die Gene, die diese Antibiotika anders machen, könnten sie auch Bakterien anders töten lassen“, erklärt Culp.

Tatsächlich bestätigte sich dieser Verdacht. So fanden die Wissenschaftler gleich zwei Verbindungen, die über bisher einzigartige Wirkmechanismen verfügen. Bei einer dieser Substanzen handelt es sich um ein neu entdecktes Glykopeptid, das Culps Team Corbomycin nennt. Die andere Verbindung ist das zwar bereits bekannte, aber wenig erforschte Complestatin. Beide Antibiotika greifen Bakterien mit einer besonderen Strategie an. Sie verhindern den Umbau der bakteriellen Zellwand, wie Untersuchungen mithilfe bildgebender Verfahren enthüllten.

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Bakterien im Gefängnis

„Die Zellwand gibt den Bakterien nicht nur ihre Form, sondern verleiht ihnen auch Stärke und ist für ihr Überleben wichtig“, sagt Culp. „Antibiotika wie Penicillin töten Bakterien, indem sie die Synthese dieser Wand unterbinden – doch die Antibiotika, die wir gefunden haben, machen das Gegenteil.“ So verhindern Corbomycin und Complestatin das sogenannte Remodeling der Peptidoglykane, die die Bausteine der bakteriellen Zellwand bilden. Auf diese Weise blockieren sie den Abbau dieser schützenden Hülle. Dieser Umbauprozess ist jedoch unabdingbar für die Vermehrung der Bakterien. „Damit Zellen wachsen können, müssen sie sich teilen und ausbreiten. Wird der Abbau der Zellwand komplett unterbunden, sind die Bakterien wie in einem Gefängnis gefangen. Sie können sich nicht ausbreiten“, erklärt die Forscherin.

Den Wissenschaftlern zufolge sind die beiden Substanzen die ersten bekannten Antibiotika, die Krankheitserregern auf diese Weise den Garaus machen. Doch wie gut funktioniert das in der Praxis? Bei ersten Tests mit Mäusen wendeten Culp und ihre Kollegen die Antibiotika in Form von Cremes auf der Haut an. Sie sollten Infektionen mit dem Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA) bekämpfen. Das Ergebnis: Beide Mittel konnten die Bakterienlast signifikant senken. Nach 33 Stunden war die Konzentration der Erreger um das circa Hundertfache zurückgegangen, wie das Team berichtet. Dadurch besserte sich auch der Gesundheitszustand der Nager insgesamt.

Die Suche geht weiter

Ihr neuartiger Wirkmechanismus und die Tatsache, dass sie offenbar Durchschlagskraft gegen multiresistente Bakterien haben, machen Corbomycin und Complestatin zu vielversprechenden Wirkstoffkandidaten, so das Fazit der Forscher. In Zukunft wollen sie weiter nach potenziellen neuen Antibiotika suchen: „Unser Ansatz kann auf andere Antibiotika übertragen werden und dabei helfen weitere Verbindungen zu finden, die neue Wirkweisen zeigen“, schließt Culp. Tatsächlich zeichnen sich schon jetzt weitere Entdeckungen ab: Einige Mitglieder der Wirkstoff-Familie von Corbomycin und Complestatin könnten Bakterien über einen vergleichbaren Mechanismus bekämpfen.

Quelle: Elizabeth Culp (McMaster University, Hamilton) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-020-1990-9

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