Forscher des Francis Crick Institute haben gezeigt, dass ein Antibiotikum zur Behandlung von Tuberkulose (TB) vom pH-Wert in der Umgebung beeinflusst wird, die das Bakterium infiziert hat.
Allein im Jahr 2020 führte TB schätzungsweise zum Tod von rund 1,3 Millionen Menschen. Obwohl es heilbar ist, umfasst die Behandlung die Einnahme verschiedener Antibiotika über mindestens sechs Monate, und die Medikamente können schwere Nebenwirkungen haben.
Bei einer Infektion mit TB dringen die Bakterien in eine Art von Immunzellen ein, die Makrophagen genannt werden. Einer der Abwehrmechanismen dieser Zellen ist die Schaffung einer sauren Umgebung, um den Infektionserreger abzutöten.
In ihrer Studie, veröffentlicht in mBio Am Welttuberkulosetag (24. März) entwickelten die Forscher eine fluoreszenzbasierte Bildgebungstechnik, um die Auswirkungen dieser sauren Umgebung sowohl auf Bakterien als auch auf Antibiotika zu untersuchen. Mit diesem Ansatz konnten sie die Auswirkungen von Änderungen des pH-Werts in Echtzeit überwachen.
Durch die experimentelle Änderung des pH-Werts in infizierten Zellen fanden sie heraus, dass TB in der Lage ist, seinen eigenen pH-Wert unabhängig vom pH-Wert der Makrophagen aufrechtzuerhalten und zu regulieren und so eine Abwehr gegen das Immunsystem bereitzustellen.
Die Forscher testeten dann, ob vier TB-Antibiotika-Behandlungen an vorderster Front von unterschiedlichen Säuregraden beeinflusst werden. Sie fanden heraus, dass ein Antibiotikum, das häufig als Teil der TB-Behandlung eingesetzt wird, Pyrazinamid, nur in einer sauren Umgebung wirksam ist.
Pierre Santucci, Co-korrespondierender Autor und Postdoktorand im Labor für Host-Pathogen Interactions in Tuberculosis am Crick, sagt: „Das Verständnis, dass die Wirksamkeit von Antibiotika durch den pH-Wert der Umwelt beeinflusst werden kann, ist wirklich wertvoll. Es unterstreicht die Bedeutung von Tests neue Behandlungen oder Behandlungskombinationen unter Bedingungen, die genau das nachahmen, was in Zellen passiert.“
Die Forscher fanden auch heraus, dass Pyrazinamid die Fähigkeit von TB beeinflusst, seinen eigenen Säuregehalt zu regulieren. Pyrazinamid ist ein wichtiger Bestandteil der TB-Behandlungsstrategie, da es die Dauer der Medikamenteneinnahme verkürzt.
Max Gutierrez, leitender Autor und Gruppenleiter des Host-Pathogen Interactions in Tuberculosis Laboratory am Crick, sagt: „Angesichts der weltweit steigenden Antibiotikaresistenz ist es von entscheidender Bedeutung, neue, wirksamere Behandlungen zu finden. Dies war eine Herausforderung, teilweise wegen TB lebt innerhalb der Zellen, daher muss jede Behandlung in der Lage sein, in die Zellen einzudringen und in dieser intrazellulären Umgebung effektiv zu wirken.
„Indem wir mehr darüber verstehen, wie aktuelle Antibiotika von Zuständen innerhalb von Zellen, wie z.
Die Forscher werden diese Arbeit fortsetzen und untersuchen, wie sich die Umgebung innerhalb von TB und Makrophagen auf Antibiotika auswirkt. Und der bildgebende Ansatz, der zur Überwachung des pH-Werts entwickelt wurde, könnte angepasst werden, um andere Bakterien und Parasiten zu untersuchen.
Pierre Santucci et al., Visualizing Pyrazinamide Action by Live Single-Cell Imaging of Phagosome Acidification and Mycobacterium tuberculosis pH Homeostasis, mBio (2022). DOI: 10.1128/mbio.00117-22