Bakterien

Erreger aktivieren ihren eigenen Mörder

Deniz Cicek-Görkem, 13.12.2017 10:19 Uhr

Wärme statt Antibiotikum: Chinesische Wissenschaftler haben ein Molekül entwickelt, das NIR-Licht in Wärme umwandelt und dadurch spezifisch bestimmte Erreger wie E.coli abtötet. Foto: NIAID

Cucurbiturile sind Makromoleküle, die sich aus mehreren Glycoluril-Einheiten zusammensetzen und die Fähigkeit besitzen, andere Moleküle in ihrem chemisch inertem Hohlraum zu binden. Grafik: M stone / Wikipedia CC BY-SA 3.0

Die Wissenschaftler haben nun einen photothermischen Wandler entwickelt, der erst von fakultativ anaeroben Bakterien wie Escherichia coli aktiviert wird. Andere Bakterien-Typen können dies nicht und bleiben verschont. Bild: Wiley-VCH

Welche humanpathogenen Bakterien gibt es noch? Beispielsweise Streptococcus pneumoniae: Das grampositive Bakterium ist ein klassischer Erreger von Pneumonien und kann auch eine Meningitis oder eine Otitis media hervorrufen. Foto: CDC/James Archer

Staphylococcus aureus: Der fakultativ pathogene Keim ist weit verbreitet und kann Hautinfektionen, Endokarditis und zu einer Pharyngitis auslösen. Außerdem können die Toxine in Nahrungsmitteln zu einer Lebensmittelvergiftung führen. Foto: NIAID

Pseudomonas: Arten wie Pseudomonas aeruginosa können bei immungeschwächten Menschen beispielsweise zu einer Otitis media führen. Außerdem ist dieser Erreger auch als Krankenhauskeim bekiannt. Foto: Wikipedia

Neisseria gonorrhoeae: Der Erreger löst die Geschlechtskrankheit Gonorrhoe aus. Foto: CDC

Enterococcus: Diese Bakterienart findet sich im Verdauungstrakt wieder. Bei immungeschwächten Patienten kann E.faecalis Harnwegsinfektionen, Sepsis und Endokarditis hervorrufen. Foto: CDC/James Archer

Clostridium difficile kommt beim gesunden Menschen vor und ist auch eine der häufigsten Krankenhauskeime. Der Erreger ist Verursacher der pseudomembranösen Kolitis. Foto: CDC/Jennifer Oosthuizen

Salmonella thyphimurium: Diese Bakterienart ist Auslöser der Salmonellenenteritis des Menschen. Foto: CDC/Janice Haney Carr

Borrelia burgdorferi: Der Erreger ruft die Lyme-Borreliose hervor und wird in der Regel über einen Zeckenstich übertragen. Foto: CDC/Jamice Haney Carr

Mycobacterium tuberculosis: Der Erreger der Tuberkulose wird über eine Tröpfeninfektion übertragen. Das Bakterium kann aufgrund mehrerer Mechanismen Antibiotikaresistenzen bilden. Foto: CDC

Vibrio vulnificus: Die gramnegativen Bakterien verursachen Erbrechen, Diarrhö, Leibschmerzen und eine Blasen werfende Dermatitis. Es können große Geschwulste entstehen, die größere chirurgische Eingriffe oder Amputationen erfordern. Foto: CDC/Janice Haney Carr

Vibrio cholerae: Der Erreger der Cholera wird oral aufgenommen, meistens über kontaminiertes Wasser oder Lebensmittel. Foto: CDC

Neisseria meningitidis: Der fakultativ pathogener Keim kann Hirnhautentzündungen und Blutvergiftungen auslösen. Foto: CDC/Dr. Brodsky

Chlamydia trachomatis: Das gramnegative Bakterium kann Infektionen des Urogenitaltrakts wie beispielsweise Prostatitis, Zervizitis und Urethritis hervorrufen. Foto: CDC/Dr. Wiesner, Dr. Kaufman

Bordetalla pertussis: Das Bakterium ist obligat pathogen und ist Auslöser des Keuchhustens. Foto: CDC

Campylobacter jejuni: Dieser Erreger bildet ein hitzestabiles Enterotoxin und ruft Durchfallerkrankungen hervor. Foto: CDC/James Archer

Corynebacterium diphteriae: Der Erreger der Diphterie wird meistens durch Tröpfcheninfektion übertragen. Foto: CDC

Haemophilus influenzae wurde früher als Erreger der Grippe gehalten, daher den Namenszusatz. Das gramnegative Bakterium kann bei Verletzungen und Immunschwäche zu Bronchitis, Sinusitis und Konjuktivitis führen. Foto: CDC

Legionella pneumophila: Das gramnegative Bakterium ist Erreger der Legionellen-Pneumonie. Eine Erkrankung ist namentlich meldepflichtig. Foto: CDC/Janice Haney Carr

Shigella: Shigellen gehören zu den Enterobakterien und lösen die Bakterienruhr aus. Jährlich infizieren sich weltweit etwa 160 Millionen, von denen 1 Millionen sterben. Foto: CDC/James Archer

Berlin -

Wärme statt Antibiotikum: Chinesische Wissenschaftler haben ein Molekül entwickelt, das nahes Infrarot-Licht (NIR) in Wärme umwandelt und dadurch spezifisch bestimmte Erreger abtötet. Diese neue photothermische Therapie könnte helfen, Antibiotikaresistenzen zu überwinden.

Um die Erreger abzutöten, ist eine Denaturierung der Proteine notwendig. Dies gelingt beispielsweise mit Hitze durch Lichteinwirkung. Dazu sind Substanzen erforderlich, die als „Wandler“ das Licht effektiv in Wärme umwandeln. Die bisher entwickelten photothermischen Wandler binden unspezifisch über elektrostatische Wechselwirkungen an Bakterien, diese konnten dadurch nicht spezifisch inhibiert werden. Dies war ein großer Nachteil, da der größte Teil der Bakterien nicht pathogen und für den Menschen von Nutzen ist.

Die Wissenschaftler um Professor Dr. Xi Zhang und Dr. Jiang-Fei Xu von der Tsinghua University und der Chinese Academy of Sciences haben nun einen photothermischen Wandler entwickelt, der erst von fakultativ anaeroben Bakterien wie Escherichia coli aktiviert wird. Andere Bakterien-Typen können dies nicht und bleiben verschont. Die Studienergebnisse wurden im Fachjournal „Angewandte Chemie“ veröffentlicht.

Der neu synthethisierte supramolekulare Komplex besteht aus drei Molekülen. Das Perylen-Diimid-Derivat ist stäbchenförmig und befindet sich im Mittelteil. Die beiden Enden befinden sich im Hohlraum kürbisförmiger Makrozyklen, sogenannte Cucurbiturile. Das sind Makromoleküle, die sich aus mehreren Glycoluril-Einheiten zusammensetzen und andere Moleküle in ihrem chemisch inertem Hohlraum binden können. Sie verhindern, dass sich die Stäbchen unspezifisch in bakterielle Membranen einlagern und verklump