Baumwanzen erzeugen den natürlichen Wirkstoff Thanatin, der antibiotisch wirkt. Um beim Menschen wirksam zu sein, muss er allerdings modifiziert werden.
Antibiotika-Krise: Wirkstoff aus Wanzen als mögliche Wunderwaffe
Hohes Fieber, Schüttelfrost, Abgeschlagenheit: Der Körper kämpft gegen unsichtbare Feinde: Bakterien. Und plötzlich bringt eine kleine Pille Linderung. Seit ihrer Entdeckung haben Antibiotika unzählige Leben gerettet und lebensbedrohliche Krankheiten, wie Lungenentzündung, Tuberkulose oder Blutvergiftung, bezwingbar gemacht.
Doch diese Wunderwaffe verliert zunehmend ihre Wirkung. So sind Antibiotika-Resistenzen heute eine der größten globalen Gesundheitsbedrohungen. 2019 waren Untersuchungen zufolge 1,27 Millionen Todesfälle direkt auf Antibiotika-Resistenzen zurückzuführen. Fast 5 Millionen Todesfälle standen damit im Zusammenhang.
Werden keine wirksamen Gegenmaßnahmen ergriffen, könnten bis 2050 rund 8 Millionen Menschen jährlich aufgrund von Antibiotika-Resistenzen sterben. Die entstehen, wenn Bakterien durch falschen oder übermäßigen Einsatz von Antibiotika „immun“ werden. Die Folge: Einfache Infektionen werden wieder tödlich.
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Verbindung blockiert
Insbesondere sogenannte gramnegative Bakterien begünstigen lebensbedrohliche Erkrankungen und sind schwieriger zu bekämpfen. Im Gegensatz zu grampositiven besitzen sie nicht nur eine, sondern 2 Membranen als Hülle. Zwischen diesen Häuten werden Baustoffe hin- und hertransportiert, damit die äußere Schicht aufgebaut und repariert werden kann. Um das zu verhindern, muss diese Verbindung blockiert werden. Herkömmliche Antibiotika schaffen das oft nicht mehr.
Der Chemiker Oliver Zerbe von der Universität Zürich ist nun einer neuen Klasse von Antibiotika gegen die gefährlichen gramnegativen Bakterien auf der Spur: den sogenannten „Outer Membrane Protein Targeting Antibiotics“ (OMPTA). Sie wirken wie ein Sperrriegel, der die Verbindung zwischen den beiden Membranen blockiert. Dadurch kann sich die Bakterienzelle nicht mehr vermehren.
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„Generell ist es so: Wenn ein Antibiotikum verabreicht wird, werden Resistenzen gezüchtet. Dagegen kann man nichts machen. Bei der Wirkung gegen ein neues Zielmolekül besteht jedoch die Hoffnung, dass bestehende Resistenzmechanismen unwirksam bleiben oder neue erst entwickelt werden müssen. Dadurch lässt sich zumindest etwas Zeit gewinnen, sodass neue Wirkstoffe auch bei bereits resistenten Bakterien wirksam sein könnten“, sagt Zerbe der futurezone.
Naturstoff Thanatin
Als Wirksubstanz kommt Thanatin zum Einsatz. Dabei handelt es sich um einen antibiotischen Naturstoff, der von Baumwanzen erzeugt wird. Thanatin hat als Peptid – ein kleines Molekül, das wie Proteine aus Aminosäuren aufgebaut ist – allerdings den Nachteil, dass es intravenös verabreicht werden muss und im Körper schnell abgebaut wird. „Der menschliche Körper hat Mechanismen entwickelt, fremde Proteine oder Peptide abzuwehren und zu zerstören“, sagt Zerbe. Um beim Menschen also überhaupt wirksam zu sein, muss Thanatin modifiziert werden. „Wichtig ist dabei die Verwendung nicht natürlicher Aminosäuren, die auch bei intravenöser Verabreichung ihre Stabilität im Blut behalten. Gleichzeitig dürfen die Wirkstoffkandidaten keine schädlichen Effekte auf rote Blutkörperchen ausüben“, betont er.
Fakten
Um Resistenzen zu vermeiden, werden Antibiotika möglichst sparsam eingesetzt. Ihr Marktpotenzial ist im Vergleich zu anderen Arzneimitteln daher relativ begrenzt: Die Entwicklung ist teuer, die Gewinne gering. Deshalb wird nur wenig an neuen Antibiotika geforscht. Um diesem Problem entgegenzuwirken, gibt es international verschiedene Fördermodelle.
Großbritannien
Hier existiert etwa das „Antimicrobial Products Subscription Model“: Unternehmen erhalten vom Staat eine pauschale Vergütung für die Antibiotika-Entwicklung, unabhängig davon, wie viel oder wenig Stück davon später verkauft werden.
USA
Investiert ein US-Pharmaunternehmen in die Antibiotika-Forschung, wird sein Zulassungsantrag für andere Medikamente – beispielsweise gegen Krebs – von der Arzneimittelbehörde FDA schneller bearbeitet.
Erste Tests an Mäusen zeigen vielversprechende Ergebnisse – besonders bei multiresistenten Erregern. „Dabei konnte unter anderem beobachtet werden, dass keine schädlichen Effekte auf rote Blutkörperchen auftraten“, sagt der Chemiker. Dennoch können Bakterien durch bestimmte Mutationen auch Resistenzen gegen Thanatin entwickeln. Die neuen Wirkstoffkandidaten haben aber den Vorteil, dass diese sich deutlich langsamer bilden. Anders als Breitbandantibiotika bekämpft Thanatin zudem nur bestimmte Bakterien und schont so das Mikrobiom.
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Harmlose E. coli-Bakterien kommen im Darm vor. Manche Stämme können aber Krankheiten verursachen.
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Weitere Entwicklung
Die aktuell entwickelten Wirkstoffe zielen unter anderem auf Infektionen mit E. coli-Bakterien ab. Derzeit wird Thanatin so angepasst, dass es gegen weitere verschiedene gramnegative Bakterien wirkt. Ziel ist eine Grundlage, mit der der Wirkstoff ständig an neue Bakterien angepasst werden kann. Läuft alles nach Plan, könnte diese in etwa 5 Jahren in die klinische Testphase kommen. Laut Zerbe treten Resistenzen besonders in Spitälern, in denen Antibiotika häufig eingesetzt werden, vermehrt auf, weswegen diese nicht mehr wirken: „Unsere neuen Antibiotika sollen daher gezielt nur bei Patienten mit multiresistenten Erregern eingesetzt werden und nicht flächendeckend zur Anwendung kommen.“
Generell sei es wichtig, dass die Entwicklung neuer Wirkstoffe nicht von einzelnen Pharmafirmen getragen wird, sondern von einer breiten Forschungsbasis. „In der Arzneimittelentwicklung gilt allgemein, dass ein Großteil der Projekte – etwa 9 von 10 – im Verlauf der klinischen Studien scheitert. Umso wichtiger ist es, parallel zahlreiche Ansätze zu verfolgen, um die Wahrscheinlichkeit erfolgreicher Entwicklungen zu erhöhen. Wichtig ist, dass man rechtzeitig handelt, bevor es zu spät wird“, mahnt der Wissenschafter.
Neues Hydrogel aus Hühnereiweiß wirkt gegen Superkeime
Bakterielle Infektionen – besonders in Wunden – führen weltweit zu Millionen Todesfällen. Durch Antibiotika-Resistenzen werden sie immer schwieriger behandelbar. Zudem blockieren die Infektionen die natürliche Wundheilung, weil das Immunsystem dauerhaft aktiv bleibt. Forschende der ETH Zürich und der Shanghai University haben ein innovatives Hydrogel aus Hühnereiweiß entwickelt. Es besteht aus Proteinfasern aus Lysozym. Das ist ein antibakterielles Enzym, das auch im menschlichen Körper vorkommt.
Das Gel legt sich wie ein Schutzmantel über die Wunde und hält darin enthaltene Bakterien fest. Durch Nahinfrarot-Licht wird es aktiviert. Das Licht löst dabei gezielt Lysozym-Moleküle frei, welche Bakterien abtöten. Gleichzeitig werden Magnesiumionen freigesetzt, die das Immunsystem beruhigen und die Heilung fördern.
Bakterienlast reduziert
Nach dem Lichtimpuls bildet sich die Schicht wieder zurück und unterstützt die Geweberegeneration. Tierversuche haben gezeigt, dass die Bakterienlast in einer mit MRSA-Keimen infizierten Wunde um über 95 Prozent reduziert wurde. Daneben fand eine schnellere Wundheilung statt – bei Mäusen innerhalb von 15 Tagen.
Das Gel fördert zusätzlich die Gewebeneubildung und könnte besonders für chronische Wunden, etwa bei Diabetikern, oder bei Antibiotika-Resistenzen eine Lösung sein. Bevor das vielversprechende Hydrogel am Menschen eingesetzt werden kann, sind allerdings noch klinische Studien erforderlich.
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