Antibiotika schwächen das Darmmikrobiom und können Symptome verursachen. Forscher haben nun ein natürliches Therapeutikum entdeckt, das die Darmflora schützen soll, ohne die Wirksamkeit von Antibiotika zu beeinträchtigen.
Antibiotika sind lebensrettende Medikamente. Sie können aber auch nützliche Mikroben im menschlichen Darm zerstören und Infektionen wie das Bakterium Clostridioides difficile auslösen. Der Erreger kommt im menschlichen Darm häufig vor, richtet aber in der Regel keine Schäden an. Beim Einsatz von Antibiotika können diese Bakterien jedoch übernehmen und in der Folge gefährliche Darmprobleme verursachen. Zur Behandlung werden häufig Probiotika eingesetzt, die jedoch mit der Vielfalt der heimischen Mikroben und deren Funktionen nicht mithalten können.
Ingenieure entwickeln Schutz
Wenn Antibiotika oral verabreicht werden, gelangen die Medikamente hauptsächlich über den Magen in den Blutkreislauf, sodass sie in hohen Konzentrationen im Körper weiter zirkulieren können. Einige Spuren gelangen jedoch auch in den Darm. Wird die Wirkung dort jedoch nicht benötigt, ist das Mikrobiom in Gefahr. Daher haben MIT-Ingenieure eine neue Methode entwickelt, um die natürliche Flora des menschlichen Verdauungstrakts zu schützen und die Risiken der Antibiotikaverabreichung zu verringern. Dazu modifizierten sie den Bakterienstamm Lactococcus lactis, der häufig in der Käseherstellung verwendet wird und für den menschlichen Verzehr unbedenklich ist. Bei oraler Verabreichung siedelt sich das Bakterium vorübergehend im Darm an und sondert Beta-Lactamase ab, ein Enzym, das Beta-Lactam-Antibiotika abbauen kann. Nach getaner Arbeit werden die Bakterien über den Verdauungstrakt wieder ausgeschieden.
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Aber der Einsatz gentechnisch veränderter Bakterien ist gefährlich: Beta-Lactamase-Enzyme verleihen den Zellen, in denen sie leben, eine Resistenz gegen Antibiotika. Die Resistenzneigung kann durch die Gene von Bakterien leicht auf andere übertragen werden. Um dieses Problem zu lösen, codierten die Forscher das Bakterium und seine Art, Enzyme zu synthetisieren, neu: Dazu teilten sie das Beta-Lactamase-Gen in zwei Teile, die jeweils ein Fragment des Enzyms kodieren. Diese Genabschnitte befinden sich in verschiedenen Teilen der DNA, daher ist es sehr unwahrscheinlich, dass beide Abschnitte gleichzeitig auf eine andere Bakterienzelle übertragen werden. Die Beta-Lactamase-Fragmente werden dann aus der Zelle transportiert, wo sie wieder zusammengebaut und wieder in ihre enzymatische Funktion versetzt werden. Da die Beta-Lactamase so frei in der Umwelt zirkulieren kann, wird sie zu einem frei verfügbaren Produkt für das Darmmikrobiom. Damit soll verhindert werden, dass die manipulierten Zellen gegenüber den heimischen Darmmikroben im Vorteil sind.
Angenehme Testergebnisse
Das Team testete das neu entdeckte Therapeutikum an einem Mausmodell: Eine Gruppe von Mäusen erhielt nur das Antibiotikum Ampicillin, während eine andere Gruppe zusätzlich zu jeder Dosis Ampicillin zwei orale Dosen Beta-Lactamase erhielt. Die Forscher fanden heraus, dass Mäuse, die auch das Biotherapeutikum erhielten, eine viel größere mikrobielle Vielfalt aufwiesen als Mäuse, die nur das Antibiotikum erhielten. In dieser Gruppe nahm die mikrobielle Vielfalt dramatisch ab. Darüber hinaus zeigten Mäuse in der Antibiotika-Gruppe erhöhte Werte von C. difficile im Darm, während die Beta-Lactamase-Gruppe keine Infektion entwickelte. Aber blieb das Antibiotikum trotz der Verabreichung von Bakterien wirksam?
Außergewöhnlicher Schutz
Die Forscher fanden heraus, dass die Menge an Ampicillin, die im Blutstrom von Mäusen zirkulierte, gleich blieb, unabhängig davon, ob die genetisch veränderten Bakterien oder nur das Antibiotikum verwendet wurden. „Dies ist ein starker Beweis dafür, dass der bakterielle Ansatz die Darmmikrobiota schützen und gleichzeitig die Wirksamkeit des Antibiotikums aufrechterhalten kann“, erklärt Erstautor Dr. Andres Cubillos Ruiz. „Kein früherer Eingriff konnte dieses Schutzniveau bieten. Mit unserer neuen Technologie können wir Antibiotika sicherer machen, indem wir nützliche Darmmikroben erhalten und die Wahrscheinlichkeit neuer antibiotikaresistenter Varianten verringern“, sagte er für den Menschen.
Dieser Text basiert auf einer Pressemitteilung des Massachusetts Institute of Technology. Wir haben den Originalbeitrag hier und zum Text verlinkt.
Bildquelle: Katrin Leinfellner, unsplash.