Zystische Fibrose: Kombination lockert Widerstand

16. Juli 2015
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Patienten mit zystischer Fibrose leiden häufig unter hartnäckigen Pseudomonas-aeruginosa-Infektionen. Der Keim bildet in der Lunge Biofilme. Eine neue Antibiotika-Kombination rüttelt an der Gegenwehr der Schleimschicht.

Infektionen der oberen Atemwege, zumeist hervorgerufen durch Pseudomonas aeruginosa, sind die häufigste Todesursache bei Menschen mit zystischer Fibrose. Da sich der Keim mit einer Schleimschicht umgibt, lässt er sich besonders schwer behandeln. „Bisher konnten wir Biofilme nur in sehr künstlichen Modellen im Labor untersuchen“, sagt Dr. Vinay Pawar, Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig in der Abteilung „Molekulare Immunologie“ und Erstautor der Publikation. Gemeinsam mit Kollegen aus der Abteilung „Molekulare Bakteriologie“ ist es ihm nun gelungen, ein neues Modellsystem in Mäusen zu etablieren. „Es kommt der Situation im Menschen sehr nahe.“

Erstmals können die Forscher mit diesem Modell die Bildung des bakteriellen Biofilms in der Lunge realistisch nachbilden und dadurch nachvollziehen, weshalb die Keime so widerstandsfähig gegen Medikamente sind. Zunächst stellten sie fest, dass die Mittel Tobramycin, Ciprofloxacin und Colistin in normaler Dosierung den Biofilmbakterien jedoch nichts anhaben konnten. Erst eine stark erhöhte Dosis zeigte Wirkung. Diese würde im Patienten allerdings auch die Nebenwirkungen verstärken.

Um dies zu umgehen, kombinierten die Forscher zwei der Antibiotika und hatten Erfolg: „Die Kombination von Tobramycin und Colistin ist hochgradig effektiv gegen Pseudomonas“, sagt Pawar. Die beiden Mittel wirken auf unterschiedliche Weisen, weswegen sie sich zur Bekämpfung der Biofilm-Bakterien optimal ergänzen.

Starke Kombination

Im äußeren Bereich dieser Bakteriengemeinschaft haben die Keime einen sehr aktiven Stoffwechsel und vermehren sich in hoher Geschwindigkeit. Hier wirkt Tobramycin. Es verhindert, dass die Bakterien Proteine produzieren können. Ohne diese lebenswichtigen Bausteine der Zellen sterben die Mikroben ab. Colistin hingegen greift die Zellwand an und kann dadurch auch weniger aktive Bakterien töten, wie sie im Inneren des Biofilms vorkommen.

Was die Wissenschaftler am Beispiel der Pseudomonas-Infektion gezeigt haben, können sie nun mit ihrem Modellsystem auch für andere Infektionen untersuchen. Dabei sind auch gemischte Populationen möglich. „Meist leben in Biofilmen mehrere verschiedene Bakterienarten in einer Gemeinschaft“, sagt Pawar. „Wir können in unserem Modell somit realistischere Bedingungen untersuchen als es bisher möglich war.“

Originalpublikation:

In vivo efficacy of antimicrobials against biofilm producing Pseudomonas aeruginosa
Vinay Pawar et al.; Antimicrobial Agents and Chemotherapy, doi: 10.1128/AAC.00194-15; 2015

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