Grundlage für die Entwicklung einer neuen Klasse von Antibiotika

Forscher des Universitätsklinikums Frankfurt und der Goethe-Universität Frankfurt haben entschlüsselt, wie Bakterien an Wirtszellen haften und damit den ersten Schritt zur Entwicklung einer neuen Klasse von Antibiotika getan.

Die Adhäsion von Bakterien an Wirtszellen ist immer der erste, entscheidende Schritt in der Entstehung von Infektionskrankheiten. Zweck dieser Adhäsion von Infektionserregern ist es, den Wirtsorganismus (z. B. den menschlichen Körper) zu besiedeln und dann eine Infektion auszulösen, die im schlimmsten Fall tödlich enden kann. Ein genaues Verständnis der Adhäsion der Bakterien an Wirtszellen ist der Schlüssel, um therapeutische Alternativen zu finden, die diese kritische Interaktion im frühestmöglichen Stadium einer Infektion blockieren.

Kritische Interaktion mit dem menschlichen Protein Fibronektin

Wissenschaftler des Universitätsklinikums Frankfurt und der Goethe-Universität Frankfurt haben nun gemeinsam mit anderen Forschern den genauen bakteriellen Adhäsionsmechanismus anhand des humanpathogenen Bakteriums Bartonella henselae aufgeklärt. Dieser Erreger verursacht die „Katzenkratzkrankheit“, eine vom Tier auf den Menschen übertragbare Krankheit. In einem internationalen Verbundprojekt unter der Leitung der Frankfurter Arbeitsgruppe von Professor Volkhard Kempf wurde der bakterielle Adhäsionsmechanismus mit Hilfe einer Kombination aus In-vitro-Adhäsionstests und Hochdurchsatz-Proteomik entschlüsselt. Proteomik ist die Untersuchung aller Proteine, die in einer Zelle oder einem komplexen Organismus vorhanden sind.

In ihrer Studie veröffentlicht in Mikrobiologisches Spektrumkonnten die Wissenschaftler einen Schlüsselmechanismus aufklären: Die bakterielle Adhäsion an Wirtszellen lässt sich auf die Wechselwirkung einer bestimmten Klasse von Adhäsinen – sogenannte „trimere Autotransporter-Adhäsine“ – mit Fibronectin zurückführen, einem Protein, das häufig in menschlichem Gewebe vorkommt. Adhäsine sind Bestandteile auf der Oberfläche von Bakterien, die es dem Krankheitserreger ermöglichen, an den biologischen Strukturen des Wirts zu haften. Homologe des hier als kritisch identifizierten Adhäsins kommen auch in vielen anderen humanpathogenen Bakterien vor, wie etwa dem multiresistenten Acinetobacter baumannii, den die Weltgesundheitsorganisation (WHO) als vorrangig für die Erforschung neuer Antibiotika eingestuft hat.

Mithilfe modernster Proteinanalytik wurden die genauen Interaktionspunkte zwischen den Proteinen sichtbar gemacht. Zudem konnte gezeigt werden, dass eine experimentelle Blockierung dieser Prozesse eine bakterielle Adhäsion nahezu vollständig verhindert. Therapieansätze, die darauf abzielen, die bakterielle Adhäsion auf diese Weise zu verhindern, könnten als neue Klasse von Antibiotika (sog. „Anti-Liganden“) eine vielversprechende Behandlungsalternative in der stetig wachsenden Domäne der multiresistenten Bakterien darstellen.