Listerien und Co: Antibiotika-Alternative zur Bekämpfung bakterieller Infektionen entwickelt

Antibiotika-Alternative gegen Listerien und Co

Für die Therapie bakterieller Infektionen stehen heutzutage zahlreiche Antibiotika zur Verfügung. Doch immer häufiger sind Bakterien gegen solche Medikamente resistent, was zur Folge hat, dass die Präparate dann nicht mehr wirken. Doch Forschende berichten nun über eine Antibiotika-Alternative.

Laut einer aktuellen Mitteilung ist es einem Forschungsteam um das Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie an der Universität Ulm gelungen, mit Hilfe gentechnisch veränderter Bodenbakterien (Corynebacterium glutamicum) antimikrobielle Wirkstoffe in Reinform herzustellen. Den Fachleuten zufolge könnten die so hergestellten Bacteriocine als Antibiotika-Alternative zur Bekämpfung bakterieller Krankheitserreger eingesetzt werden. Und auch bei der Konservierung von Lebensmitteln könnten die antibakteriellen Peptide wertvolle Dienste leisten.

Bakterienstämme sind gerne unter sich

Um sich unliebsame Nahrungskonkurrenten vom Leib zu halten, produzieren Bakterienstämme antimikrobielle Substanzen, die verhindern sollen, dass sich andere Stämme in ihrer Umgebung ausbreiten.

Diese sogenannten Bacteriocine werden heute bereits in der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt, um Lebensmittel zu konservieren. Doch Bacteriocine haben auch enormes medizinisches Potential.

Vor dem Hintergrund zunehmender Antibiotikaresistenzen gelten sie als vielversprechende Alternativen zur Behandlung von Infektionen, die durch humanpathogene Bakterien ausgelöst werden.

„Für die klinische Anwendung solcher Bacteriocine braucht es neuartige, großtechnische Verfahren, die es möglich machen, die Effizienz der Produktion und die Reinheit des Stoffes massiv zu verbessern“, erläutert Professor Christian Riedel vom Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie an der Universität Ulm.

Der Mikrobiologe hat mit Kolleginnen und Kollegen in einer Studie für die Fachzeitschrift „Metabolic Engineering“ aufgezeigt, wie dies biotechnologisch möglich ist.

Hochwirksames antimikrobielles Peptid in Reinform

Bacteriocine werden bisher ausschließlich mit natürlichen Bakterien in aufwändigen Fermentationsprozessen hergestellt, bei denen komplexe und teure Nährmedien verwendet werden. So entstehen bestenfalls halbgereinigte Präparate oder Rohfermente.

Für den medizinischen Einsatz – zum Beispiel als Antibiotika-Ersatz – müssen die Bacteriocine aus diesen „natürlichen“ Fermentationsverfahren aufwendig gereinigt werden. Aber das ist teuer und daher wirtschaftlich uninteressant.

Jetzt ist es dem Ulmer Team und anderen Fachkolleginnen und -kollegen aus Deutschland, Norwegen, Dänemark und Österreich gelungen, das Bakterium Corynebacterium glutamicum gentechnisch so zu verändern, dass es ein hochwirksames antimikrobielles Peptid (Pediocin PA-1) in Reinform herstellt.

Das als Produktionswirt eingesetzte Bakterium ist ein nicht-pathogenes Bodenbakterium, welches seit langem als natürlicher Produzent von Aminosäuren – beispielsweise des Geschmacksverstärkers Glutamat – bekannt ist und das heute eine wichtige Rolle als biotechnologischer Plattformorganismus spielt.

Bacteriocin gegen Listerien

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben das Bakterium mit synthetischen, zielgenau funktionalisierten Genen ausgestattet, die die Produktion des Bacteriocins bewerkstelligen. Den Angaben zufolge wirkt Pediocin PA-1 besonders gut gegen Listeria monocytogenes.

Diese Bakterien sind in der Umwelt zwar weit verbreitet, wenn sie jedoch über kontaminierte Nahrungsmittel wie Rohkäse aufgenommen werden, können sie bei Menschen eine gefährliche, mitunter sogar tödlich verlaufende Listeriose auslösen.

Mehrere Herausforderungen mussten die Forschenden bewältigen, um das Projekt erfolgreich zu meistern. Die größte Herausforderung: Wie können Bakterien dazu gebracht werden, antimikrobielle Substanzen zu produzieren, die für den Produzenten potentiell toxisch sind? Und warum hat das von C. glutamicum synthetisierte Pediocin Pa-1 keine schädigende Wirkung auf das Bodenbakterium?

Das Team um Riedel hat sich hier eine biologische Besonderheit der Mikrobe zunutze gemacht. „Corynebacterium glutamicum hat keine Rezeptoren, an denen das Bacteriocin andocken kann. Es ist daher resistent gegen dessen antibakterielle Wirkung. Ein Glücksfall für uns!“, erklärt Dr. Oliver Goldbeck, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie und Erstautor der Studie.

Außerdem gelang es den Forschenden, die synthetische Bacteriocin-Produktion vom Labormaßstab auf einen großtechnischen Pilotmaßstab für die Industrieproduktion zu skalieren.

Und die Fachleute konnten die zugrundeliegende Fermentertechnologie billiger und ressourcenschonender machen. (ad)