Ausgeklügelte Computermodelle öffnen die Tür für weitaus gezieltere Antibiotika

Da Antibiotikaresistenzen ein wachsendes Problem darstellen, haben Forscher der University of Virginia School of Medicine hochmoderne Computermodelle entwickelt, die den krankheitsbekämpfenden Medikamenten eine laserähnliche Präzision verleihen könnten, um nur bestimmte Bakterien in bestimmten Körperteilen anzugreifen.

Derzeit töten Antibiotika Bakterien wahllos ab. Da die Medikamente so weit verbreitet sind, werden immer mehr gefährliche Erreger resistent und bedrohen eine der wichtigsten Waffen der modernen Medizin gegen Krankheiten.

Der neue Ansatz von UVA hingegen würde die Häufigkeit, mit der Bakterien Antibiotika ausgesetzt werden, drastisch einschränken und so die Wahrscheinlichkeit verringern, dass sie gegen Antibiotika resistent werden. Darüber hinaus würde der Ansatz einen bedeutenden Fortschritt für die Präzisionsmedizin darstellen und es Ärzten ermöglichen, Behandlungen besser auf die Bedürfnisse einzelner Patienten abzustimmen. Anstatt ein Antibiotikum einzunehmen, das Bakterien abtötet, unabhängig davon, ob es hilfreich oder schädlich ist, könnten Patienten Antibiotika erhalten, die auf bestimmte Bakterien abzielen und ein bestimmtes Problem in einem bestimmten Bereich des Körpers verursachen.

„Viele biomedizinische Herausforderungen sind unglaublich komplex, und Computermodelle erweisen sich als leistungsstarkes Werkzeug zur Bewältigung solcher Probleme“, sagte der Forscher Jason Papin, Ph.D., von der Abteilung für Biomedizintechnik der UVA. „Wir hoffen, dass diese Computermodelle der molekularen Netzwerke in Bakterien uns dabei helfen werden, neue Strategien zur Behandlung von Infektionen zu entwickeln.“

Die Forscher haben veröffentlicht ihre Ergebnisse in der Zeitschrift PLOS-Biologie.

Gezieltere Antibiotika

Der neue Ansatz von UVA wurde durch eine Herkulesanstrengung von Papin, Ph.D., ermöglicht. Studentin Emma Glass und ihre Mitarbeiter. In Zusammenarbeit mit Andrew Warren, Ph.D., vom Biocomplexity Institute der UVA, entwickelten die Forscher in Papins Labor hochentwickelte Computermodelle aller menschlichen bakteriellen Krankheitserreger mit ausreichend verfügbaren genetischen Informationen.

Glass analysierte dann alle diese Modelle und identifizierte gemeinsame Merkmale der Bakterien. Diese Analyse ergab die Entdeckung, dass Bakterien in bestimmten Teilen des Körpers, beispielsweise im Magen, dazu neigen, metabolische Eigenschaften zu teilen. Im Grunde ist es davon abhängig, wo sie leben, wie sie funktionieren.

„Anhand unserer Computermodelle haben wir herausgefunden, dass die im Magen lebenden Bakterien einzigartige Eigenschaften haben“, sagte Glass. „Diese Eigenschaften können als Leitfaden für die Entwicklung zielgerichteter Antibiotika genutzt werden, die hoffentlich eines Tages die Entstehung resistenter Infektionen verlangsamen könnten.“

Die gemeinsamen Ähnlichkeiten zwischen den Mikroben an verschiedenen Orten könnten die Achillesferse für schädliche Bakterien in unserem Körper sein. Durch weitere Forschung können Ärzte möglicherweise bestimmte Arten von Bakterien in bestimmten Bereichen gezielt bekämpfen und so den Bedarf an Breitbandantibiotika verringern.

Papin und sein Team haben ihren Computermodellierungsansatz auf die Probe gestellt und in Laborexperimenten bereits herausgefunden, dass sie das Wachstum schädlicher Magenbakterien hemmen können. Das ist ein vielversprechendes Zeichen für das zukünftige Potenzial ihres Computermodellierungsansatzes.

„Wir müssen noch viel tun, um diese Ideen auf andere Bakterien und Infektionsarten zu testen“, sagte Papin. „Aber diese Arbeit zeigt das unglaubliche Potenzial der Datenwissenschaft und Computermodellierung für die Lösung einiger der wichtigsten Probleme in der biomedizinischen Forschung.“

Das Forschungsteam bestand aus Glass, Lillian R. Dillard, Glynis L. Kolling, Warren und Papin. Die Wissenschaftler haben kein finanzielles Interesse an der Arbeit.