Neue Medikamente erkennen Krankenhauskeim C. difficile am „Zuckerpelz“

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam konnten zeigen, dass das gefährliche Darmbakterium Clostridium difficile durch spezifische Zucker auf seiner Oberfläche erkannt werden kann. In der Untersuchung identifizierten speziell entwickelte Antikörper den Zucker und befreiten erkrankte Tiere vom Erreger. Der Krankenhauskeim befällt bis zu 40% der Patienten in Krankenhäusern. Dabei verursacht er schwere Infektionen, die Behandlungen mit Antibiotika erfordern und tötet jährlich etwa 15.000 Menschen in Europa. C. difficile breitet sich zunehmend aus und entwickelt Antibiotikaresistenzen. Die Ergebnisse, die aktuell im Fachmagazin Nature Communications vorgestellt werden, sind die Basis für weitere klinische Entwicklungen.

Süßer Angriffspunkt für therapeutische Antikörper: das Zuckermolekül „PS-I“ von C. difficile ist in seiner dreidimensionalen Form dargestellt (orange: Kohlenstoff; rot: Sauerstoff; weiß: Wasserstoff). Das PS-I-Molekül besteht aus fünf Zuckerbausteinen. Jeder Baustein basiert aus einem Ring aus fünf Kohlenstoff- und einem Sauerstoff-Atom, die Kohlenstoffatome sind weiter modifiziert. Chemische Synthese ermöglichte die Erforschung dieses Zuckers, der nun die Basis neuartiger antibakterieller Therapeutika bildet.

Krankenhauskeime sind ein zunehmendes Problem in den Industrieländern, da sich vermehrt Antibiotikaresistenzen entwickeln. Das anaerobe Bakterium Clostridium difficile ist eine der Hauptursachen von Infektionen in Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen. Dort werden bis zu 40% der stationären Patienten infiziert. Ist deren Bakterienflora durch Behandlungen mit Antibiotika gestört, verbreitet sich C. difficile im Darm. Die Folge sind Durchfall, Flüssigkeitsverlust, Darmentzündung und in schweren Fällen sogar der Tod. Da Resistenzen weiterhin stark ansteigen, werden dringend neue Therapien benötigt. Allein in den USA verursachen über 250.000 C. difficile-Infektionen jährlich mindestens 15.000 Todesfälle und Kosten von über einer Milliarde Dollar.

Forscher am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung haben jetzt monoklonale Antikörper gegen Zuckerstrukturen auf der Oberfläche von C. difficile entwickelt. Sie könnten als neuartige antibakterielle Therapie im Kampf gegen den Krankenhauskeim eingesetzt werden. Dabei wurden chemisch synthetisierte Zucker, die denen der Bakterien ähneln, zur Erzeugung monoklonaler Antikörper genutzt die jeden Erreger, der dieses Oberflächenmotiv bzw. diesen „Zuckerpelz“ aufweist, abtöten. Da das als PS-I bezeichnete Zuckermotiv viele Stämme des Bakteriums C. difficile „dekoriert“, ist der neue therapeutische Ansatz breit anwendbar. Ein weiterer positiver Effekt der Therapie ist, dass andere Darmbakterien nicht abgetötet werden. Erneute Infektionen durch C. difficile, die häufig nach Antibiotikabehandlungen auftreten, können so reduziert werden.

Die jetzt im Fachmagazin Nature Communications publizierten Ergebnisse sind die Grundlage für die Entwicklung weiterer neuartiger Therapeutika. “Die Ergebnisse sind ein sehr gutes Beispiel dafür, wie Grundlagenforschung mithilfe des Studiums der menschlichen Immunantwort gegen Zucker zu neuen Kandidaten für den Kampf gegen einen der schlimmsten Krankenhauskeime führen kann“ sagt Prof. Peter H. Seeberger, leitender Wissenschaftler und Direktor der Abteilung Biomolekulare Systeme.

Die Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam arbeiten zusammen mit der Vaxxilon AG (Reinach, Schweiz) an der Entwicklung neuartiger Kohlenhydrat-Impfstoffe. Vaxxilon hat ein Portfolio von Impfstoffkandidaten gegen verschiedene Erreger, einschließlich C. difficile lizenziert.

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