Selektive Antibiotika entwickeln Präzisionsschlag gegen Krankheitserreger

Zahlreiche Bakterienarten besiedeln den menschlichen Körper. Manche machen krank und werden deshalb mit Antibiotika behandelt. Das Problem: Auch harmlose oder nützliche Bakterien werden so dezimiert und das mikrobielle Gleichgewicht wird gestört – mit bleibenden Folgen. Forscher der Universität Konstanz haben nun eine Substanzklasse entdeckt und weiterentwickelt, die zielgerichtet Krankheitserreger ausschaltet, ohne andere Bakterien zu schädigen.

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Universität Konstanz

Konstanz – So wichtig Antibiotika für die Behandlung von Infektionskrankheiten auch sind, im Mikrobiom des Menschen hinterlassen sie eine Spur der Verwüstung. Magen-Darm-Beschwerden nach Antibiotikabehandlung sind hier noch die harmlosesten Folgen. Denn es besteht auch die Gefahr, dass sich nach einer Antibiotika-Behandlung resistente Krankheitserreger im Körper breit machen, die die Behandlung überlebt haben – ganz besonders wenn die Wirkstoffeinnahme vorzeitig abgebrochen wird. Diese Erreger können später schwere Infektionskrankheiten hervorrufen oder zu chronischen Erkrankungen führen.

Doch nicht alle Mikroben sind gefährlich. Ganz im Gegenteil, viele Mikroorganismen leben friedlich mit uns zusammen und sind für die menschliche Gesundheit sogar unerlässlich. Der Mensch ist dabei ein wahrer Mikrokosmos und beherbergt sogar mehr Mikroben als menschliche Zellen. Doch dieses Ökosystem, das menschliche Mikrobiom, ist fragil.

Antibiotika stören das empfindliche Gleichgewicht, da sie nicht zwischen nützlichen und krank machenden Mikroben unterscheiden. Ist das Mikrobiom durch falsche bzw. zu starke Medikation geschädigt, kann dies schwere Folgen haben: Allergien, Übergewicht, chronisch-entzündliche Darmerkrankungen und sogar psychiatrische Erkrankungen. Um die ökologische Vielfalt der körpereigenen Bakterien im Fall einer Infektionskrankheit aufrecht zu erhalten sind Medikamente gefragt, die gezielt nur die Krankheitserreger ausschalten.

Vom Botenstoff zum Antibiotikum

Ein Forscherteam um Chemiker Dr. Thomas Böttcher und Biologe Prof. Dr. Christof Hauck von der Universität Konstanz entdeckte nun bisher unerforschte antibiotische Eigenschaften eines Naturstoffs, den man zuvor lediglich für ein bakterielles Signalmolekül hielt. Der Signalstoff des Bakteriums Pseudomonas aeruginosa hemmte hoch selektiv das Wachstum des Krankheitserregers Moraxella catarrhalis. Der Erreger ist unter anderem für Mittelohrentzündungen bei Kindern sowie Infektionen bei Patienten mit chronisch obstruktiven Lungenerkrankungen verantwortlich.

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Ausgehend von dem Naturstoff entwickelten die Wissenschaftler synthetische Abkömmlinge, die eine überraschend hohe Effizienz gegen M. catarrhalis zeigten. Viel bedeutender war allerdings, dass die neue Substanzklasse eine besonders hohe Selektivität aufwies: Die Wirkstoffe hemmten nämlich lediglich das Wachstum von M. catarrhalis, nicht jedoch das anderer Bakterien. Sogar eng verwandte Spezies aus derselben Gattung blieben völlig unbeeinträchtigt.

Aktuell erforscht das Team von Böttcher und Hauck den Wirkmechanismus dieser hochselektiven Antibiotika gegen den Krankheitserreger M. catarrhalis. Antibiotika mit einer derartigen Spezies-Selektivität würden Präzisionseingriffe ermöglichen, um zielgerichtet Krankheitserreger auszuschalten, ohne dabei die Artenvielfalt der nützlichen Mikroben zu dezimieren.

Auch Fortschritte gegen Malaria in Aussicht

In einer weiteren aktuellen Arbeit in der Fachzeitschrift Chemical Communications ist es im Forschungsteam von Thomas Böttcher und dem Doktoranden Dávid Szamosvári zusammen mit Wissenschaftlern der Duke University (USA) gelungen, hochselektive Wirkstoffe gegen den Malariaerreger zu entwickeln.

Auch hier bediente sich das Team dem Vorbild der Natur und kreierte neue, bisher unerforschte Chinolon-Ringsysteme. Eine Verbindung erwies sich dabei als herausragend spezifisch für ein kritisches Stadium im Lebenszyklus des Malariaparasiten. Dieser nistet sich zunächst in der Leber ein, bevor er beginnt, Blutzellen zu befallen. In diesem Leberstadium konnten die Forscher den Parasiten gezielt angreifen und ausschalten. Ihre Erkenntnisse sollen helfen, neue chemische Strukturklassen für eine gezielte Erforschung und eine mögliche selektive Therapie von Malaria zu erschließen.

Originalpublikationen:

D. Szamosvári, T. Schuhmacher, C. Hauck, T. Böttcher : A thiochromenone antibiotic derived from Pseudomonas quinolone signal selectively targets the Gram-negative pathogen Moraxella catarrhalis, Chem. Sci. 10: 6624-6628 (2019); DOI: 10.1039/c9sc01090d

D. Szamosvári, K. Sylvester, P. Schmid, K.-Y. Lu, E. R. Derbyshire, T. Böttcher: Close the ring to break the cycle: Tandem quinolone-alkyne-cyclisation gives access to tricyclic pyrrolo[1,2-a]quinolin-5-ones with potent anti-protozoal activity, Chem. Commun. 55: 7009-7012 (2019); DOI: 10.1039/C9CC01689A

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