Forscher finden Weg, um antibiotikaresistente Krankheitserreger abzutöten
Pseudomonas aeruginosa ist ein gefährliches Bakterium, das Infektionen im Krankenhaus und bei Menschen mit geschwächtem Immunsystem verursacht. Es kann zu Blutinfektionen und Lungenentzündungen führen, wobei schwere Infektionen tödlich sein können. P. aeruginosa ist laut Weltgesundheitsorganisation einer der kritischsten Krankheitserreger, der dringend alternative Behandlungsstrategien benötigt.
Forscher und Kollegen der Nagoya University in Japan haben eine neue Strategie zur Bekämpfung der Antibiotikaresistenz demonstriert: die Verwendung von künstlichen Häm-Proteinen als trojanisches Pferd, um selektiv antimikrobielle Substanzen an Zielbakterien zu liefern, die eine spezifische und effektive Sterilisation ermöglichen. Die Technik tötete 99,9% von Pseudomonas aeruginosa, einem potenziell tödlichen, antibiotikaresistenten Bakterium, das in Krankenhäusern vorhanden ist. Dieses Bild zeigt eine Lösung des extrazellulären Häm-Akquisitionssystems Protein A (HasA) mit Galliumphthalocyanin (links) und die Ergebnisse der Sterilisation von Pseudomonas aeruginosa und Escherichia coli, die mit HasA-gebundenem Galliumphthalocyanin durch Bestrahlung mit Nahinfrarotlicht behandelt wurden (rechts).
Osami Shoji
Dieses Bakterium ist eines von vielen, die ein System entwickelt haben, das es ihnen ermöglicht, schwer zugängliches Eisen aus dem menschlichen Körper zu gewinnen. Eisen ist für das Wachstum und das Überleben von Bakterien unerlässlich, aber beim Menschen wird das meiste davon innerhalb des "Häm"-Komplexes von Hämoglobin gehalten. Um es in die Finger zu bekommen, scheiden P. aeruginosa und andere Bakterien ein Protein namens HasA aus, das sich am Häm im Blut festhält. Dieser Komplex wird durch einen Membranrezeptor auf dem Bakterium namens HasR erkannt, der den Eintritt von Häm in die Bakterienzelle ermöglicht, während HasA recycelt wird, um mehr Häm aufzunehmen.
Der bioanorganische Chemiker Osami Shoji von der Nagoya University und Mitarbeiter haben einen Weg gefunden, dieses "Häm-Akquisitionssystem" für die Wirkstofffreisetzung zu nutzen. Sie entwickelten ein Pulver aus HasA und dem Pigment Galliumphthalocyanin (GaPc), das, wenn es auf eine Kultur von P. aeruginosa aufgetragen wurde, von den Bakterien aufgenommen wurde.
"Wenn das Pigment dem Licht des nahen Infrarots ausgesetzt wird, entstehen in den Bakterienzellen schädliche reaktive Sauerstoffspezies", erklärt Shoji. Im Test wurden über 99,99% der Bakterien nach der Behandlung mit einem Mikromolar von HasA mit GaPc und zehn Minuten Bestrahlung getötet.
Die Strategie wirkte auch bei auch an anderen Bakterien mit dem HasR-Rezeptor auf ihren Membranen, aber nicht an solchen ohne ihn.
Das Häm-Akquisitionssystem ist für das Überleben dieser Bakterien so wichtig, dass es sich voraussichtlich nicht ändern wird, so dass es unwahrscheinlich ist, dass die Bakterien eine Resistenz gegen diese Medikamentenstrategie entwickeln werden, glauben die Forscher.
"Unsere Ergebnisse unterstützen den Einsatz von künstlichen Häm-Proteinen als trojanisches Pferd, um selektiv antimikrobielle Wirkstoffe an Zielbakterien zu liefern, die eine spezifische und effektive Sterilisation unabhängig von der Antibiotikaresistenz ermöglichen", berichtet das Team in seiner Studie.
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