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Mit "Trojanischen Pferden" gegen Mikroorganismen

Forscher untersuchen Potenzial eines Behandlungsansatzes gegen lokale Infektionen
Ein gram-negatives Escherichia-coli-Bakterium unter dem Fluoreszenzmikroskop. Die Aufnahme zeigt: Die "trojanischen Pferde" (gelb) gelangen nicht ins Innere des Bakteriums.
© Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. Reproduced with permission

Bakterielle Infektionen können schwerwiegende Folgen haben – beispielsweise, wenn die Mikroorganismen eine künstliche Herzklappe oder eine andere Prothese besiedeln. Ein Problem besteht vor allem dann, wenn die Bakterien gegen mehrere Antibiotika resistent sind. Wissenschaftler suchen daher nach neuen Behandlungsmöglichkeiten sowie nach Wegen, um Infektionsherde im Körper zu finden. Bislang forschen einige Gruppen an speziellen Zuckermolekülen, mit denen die Bakterien markiert und damit sichtbar gemacht werden können. Welches Potenzial dieser Ansatz hat, um Bakterien an bestimmten Stellen im Körper gezielt abzutöten, und welche Probleme dabei auftreten, hat nun ein von münsterschen Forschern geleitetes deutsch-italienisches Team untersucht.

Wissenschaftler nutzen bestimmte komplexe Zuckermoleküle als "Trojanische Pferde", um sogenannte fotoaktive Farbstoffe in die Bakterien einzuschleusen. Diese Farbstoffe können mit Licht sichtbar gemacht werden und dabei helfen, einen Infektionsherd zu lokalisieren. Bislang gingen Forscher davon aus, dass die Bakterien die manipulierten Zuckermoleküle über ihre Zellwände in ihr Inneres aufnehmen. "Wir haben jetzt erstmals gezeigt: Die 'Trojanischen Pferde' bleiben in der Zellwand stecken. Das bedeutet: Obwohl dieses Konzept von einigen Wissenschaftlern favorisiert wird, ist es in der jetzigen Form nicht geeignet, um Infektionen zu behandeln", unterstreicht Dr. Andreas Faust. Der Chemiker am "European Institute for Molecular Imaging" der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) ist Mitglied einer Arbeitsgruppe im Exzellenzcluster "Cells in Motion" (CiM) und koordinierte die Studie.

Dennoch gibt es Fortschritte: Die Wissenschaftler statteten die "Trojanischen Pferde" nun erstmals mit einem speziellen durch Licht gesteuerten Farbstoff aus, der hoch reaktiven Sauerstoff erzeugt. Dieser Sauerstoff tötet Zellen in seiner unmittelbaren Nähe ab. "Die von uns entwickelten trojanischen Pferde können einen Teil der Bakterien abtöten", erklärt CiM-Forscher Dr. Cristian Strassert, Spezialist für molekulare Photophysik und Privatdozent am "Center for Nanotechnology Münster" (CeNTech). Genauer gesagt: Die Methode sei geeignet, um gram-positive Bakterien abzutöten. Diese Bakterien, zu denen auch gegen Antibiotika resistente Stämme des sogenannten Krankenhaus-Keims Staphylococcus aureus gehören, haben nur eine einfache Zellwand. Gram-negative Bakterien dagegen sind durch eine doppelte Zellhülle geschützt und überleben den Angriff.

Um bakterielle Infektionen aller Art gezielt durch bildgebende Verfahren zu finden und zu behandeln, ohne dass umliegendes Körpergewebe geschädigt wird, wäre jedoch eine Aufnahme der 'Trojanischen Pferde' in das Innere der Bakterienzellen nötig. Die Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass dies möglich ist. "Wir werden den Aufbau der 'Trojanischen Pferde' ändern, damit sie durch die 'Tore' in den Membranen der Bakterien passen", formuliert Cristian Strassert die Herausforderung für die Forscher.

An der Studie waren Chemiker, Physiker, Biologen und Mediziner beteiligt. Ob die bisher an Bakterienkulturen untersuchte Methode zu einer Therapie führt, ist nicht vorhersehbar. Sie liefert aber den entscheidenden Hinweis für eine modifizierte Strategie. Neben den Münsteranern waren Forscher der Universitäten Jena und Parma (Italien) beteiligt. Die Arbeiten wurden vom Exzellenzcluster "Cells in Motion" und der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt.

Originalpublikation:
Galstyan, A., Block, D., Niemann, S., Grüner, M. C., Abbruzzetti, S., Oneto, M., Daniliuc, C. G., Hermann, S., Viappiani, C., Schäfers, M., Löffler, B., Strassert, C. A. and Faust, A. (2016), Labeling and Selective Inactivation of Gram-Positive Bacteria Employing Bimodal Photoprobes with Dual Readouts. Chem. Eur. J.; doi: 10.1002/chem.201504935. Abstract