Ausgebildete Teilchen können "Antibiotika der Zukunft" werden

Es besteht ein dringender Bedarf an neuen Ansätzen zur Bekämpfung von schädlichen Bakterien, da die globale Gefahr einer steigenden Arzneimittelresistenz die Rate, mit der wir neue Antibiotika zur Bekämpfung tödlicher Infektionen wie Tuberkulose produzieren können, übersteigen wird.
Das Team hat mit Phagemiden experimentiert, die entworfen wurden, um E. coli zu töten, und plant, eine breitere Palette zu entwickeln, die andere schädliche Bakterien töten kann.

Jetzt haben sich Forscher auf dem Gebiet der synthetischen Biologie dieser Herausforderung auf andere Weise angenommen. Sie haben Partikel entwickelt, die als "Phagemide" bezeichnet werden, die in gezielte schädliche Bakterien eindringen und Giftstoffe freisetzen, die sie töten.

Im Tagebuch schreiben Nano BuchstabenDas Team, angeführt von Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, beschreibt, wie sie ihre Partikel auf Bakteriophagen modellierten - Viren, die Bakterien infizieren und abtöten.

Im Gegensatz zu Breitspektrum-Antibiotika zielen Bakteriophagen auf spezifische Bakterien ab, während freundliche Bakterien intakt bleiben. Sie werden seit vielen Jahren in verschiedenen Ländern verwendet - zum Beispiel in denen, die in der ehemaligen Sowjetunion waren.

Aber der Nachteil von Behandlungen, die Bakteriophagen verwenden, ist, dass sie schädliche Nebenwirkungen haben können, wie Leitender Forscher James Collins, ein MIT-Professor für Medizintechnik, erklärt:

"Bakteriophagen töten Bakterien ab, indem sie die Zelle auflösen oder zum Platzen bringen. Aber das ist problematisch, da es zur Freisetzung von unangenehmen Giftstoffen aus der Zelle führen kann."

Die Giftstoffe, die freigesetzt werden, wenn die schädlichen Bakterien platzen, können Sepsis und sogar den Tod in einigen Fällen verursachen, fügt er hinzu. Bei der Sepsis führt die Infektion dazu, dass das Immunsystem schneller überlastet wird und eine weit verbreitete Entzündung, Schwellung und Blutgerinnung auslöst.

Phagemide infizieren gezielt Bakterien mit veränderten Plasmiden

In früheren Arbeiten hatte das Team bereits Bakteriophagen entwickelt, die Proteine ??freisetzten, die die Wirksamkeit von Antibiotika erhöhten, ohne die Bakterienzellen zu bersten.

Für die neue Studie entwickelten die Forscher ein Partikel, das ähnlich funktioniert - es zielt auf bestimmte Bakterien ab und tötet sie ab, ohne dass die Zellen platzen und ihre Giftstoffe freisetzen.

Sie nennen die Partikel "Phagemide", weil sie die Zielbakterien mit Plasmiden infizieren - kleine DNA-Moleküle, die sich in Zellen hineinkopieren können.

Mit synthetischer Biologie manipulierte das Team die Plasmide, um Proteine ??und Peptide - kurzkettige Aminosäuren - zu exprimieren, die für die bakterielle Wirtszelle toxisch sind. Die Toxine sind so ausgelegt, dass sie wichtige Zellprozesse wie die Replikation unterbrechen, mit dem Effekt, dass die Bakterienzelle stirbt, ohne zu platzen.

Das Team testete systematisch eine Vielzahl von Peptiden und Toxinen und zeigte, wie, wenn einige in den Phagemiden kombiniert werden, sie die große Mehrheit der Bakterienzellen innerhalb einer Kultur töten.

Die Methode, die sie entwickelt haben, ist sehr zielgerichtet - sie greift nur bestimmte Arten von Bakterien an, was bedeutet, dass Sie damit eine Infektion behandeln können, ohne den Rest des Mikrobioms zu schädigen, erklärt Prof. Collins.

Resistenz wird sich wahrscheinlich langsamer entwickeln

Die Forscher sagen, die Exposition gegenüber den Phagemiden schien die Bakterien nicht dazu zu bringen, eine signifikante Resistenz zu entwickeln, was nahe legt, dass mehrere Phagemid-Runden verabreicht werden könnten, um eine effektivere Behandlung zu erhalten.

Prof. Collins sagt, er erwarte, dass die Bakterien schließlich resistent werden, aber wahrscheinlich viel langsamer als nach wiederholter Verwendung von Bakteriophagen.

Er sieht die Phagemide neben den derzeit in der Entwicklung befindlichen Schnelldiagnose-Tools, die es den Ärzten ermöglichen, spezifische Infektionen zu behandeln, und erklärt:

"Sie würden zuerst einen schnellen Diagnosetest durchführen, um die Bakterien zu identifizieren, die Ihr Patient hat, und dann das geeignete Phagemid geben, um den Erreger abzutöten."

Das Team hat mit Phagemiden experimentiert, die zum Töten entwickelt wurden Escherichia coli und jetzt plant, eine breitere Palette zu entwickeln, die Krankheitserreger wie töten kann Clostridium difficile und Vibrio cholarea - das Bakterium, das Cholera verursacht.

Alfonso Jaramillo, Professor für synthetische Biologie an der University of Warwick in Großbritannien - der nicht an der Forschung beteiligt war - sagt, die Forscher hätten eine verbesserte Phagentherapie geschaffen, die zu den Antibiotika der Zukunft werden könnte.

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