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Kleine Moleküle können infektiöse Biofilme stoppen, die auf medizinischen Implantaten wachsen
Die moderne Medizin stützt sich in hohem Maße auf die Fähigkeit, Vorrichtungen an und in den menschlichen Körper anzubringen und zu implantieren, um eine breite Palette von Krankheiten und Zuständen zu behandeln. Ein großes Problem bei ihrer Verwendung ist jedoch die Tatsache, dass sie einen erstklassigen Grund für die Kolonisierung von Bakterien in widerstandsfähige und schwer zu behandelnde "Biofilme" bieten, die zu chronischen Infektionen und erhöhten Behandlungskosten führen. Jetzt bietet eine neue Studie eine mögliche Lösung in Form eines kleinen Moleküls, das die Fähigkeit eines besonders hartnäckigen und häufigen infektiösen Bakteriums zur Bildung von Biofilmen blockiert.
Die Fähigkeit, Biofilme zu bilden, hilft hartnäckigen und schwer zu behandelnden Infektionen wie MRSA im Körper zu verbreiten.
Die Forscher - einschließlich der Mikrobiologen vom Trinity College Dublin in Irland - berichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift PNAS.
Bakterien existieren im Allgemeinen in zwei Zuständen: als einzelne Zellen (planktonischer Zustand) oder als organisierte Kolonien, die an Oberflächen haften und durch eine schleimige, extrazelluläre Matrix aus Molekülen zusammengehalten werden, die sie ausscheiden.
Als Biofilme können Bakterien an jeder natürlichen oder künstlichen Oberfläche haften. Zum Beispiel können sie auf untergetauchten Oberflächen in unsterilem Wasser gefunden werden und verursachen enorme Probleme bei der Wartung von Schiffsrümpfen, Ölpipelines und Trinkwasserversorgung. Sie sind auch ein großes Problem für die Lebensmittelindustrie.
Selbst wenn eine sterile Oberfläche untergetaucht wird - sei es in See- oder Süßwasser -, beginnt sie fast sofort mit einem bakteriellen Biofilm bedeckt zu werden. In der Tat wurde eine der ersten gründlichen Studien von Biofilmen in einem alpinen Strom durchgeführt.
Bakterielle Biofilme können sich auf vielen Oberflächen im und am Körper bilden, etwa bei chronischen Wunden, auf der Haut, im Darm und bei Zahnbelag. Sie sollen auch bei Patienten mit Mukoviszidose zur Lungenentzündung beitragen.
Biofilme auf medizinischen Geräten sind eine große Herausforderung
Biofilme können sich auch auf den Oberflächen von Geräten entwickeln, die in den Körper eingeführt oder implantiert werden, wie Herzschrittmacher, Herzklappen, Katheter, Brustimplantate, künstliche Gelenke und sogar Kontaktlinsen.
Infektionen, die durch Biofilme verursacht werden, sind schwieriger zu behandeln als Infektionen, die durch Planktonzellen verursacht werden; sie sind stark resistent gegen Antibiotika und Immunangriffe, und ihr Auftreten auf biomedizinischen Oberflächen gilt weltweit als eine der Haupttodesursachen.
Folglich besteht ein dringender Bedarf an neuen Methoden zur Bekämpfung von Biofilminfektionen in der Medizin.
Die neue Studie betrifft das Bakterium Staphylococcus aureus, die eine bemerkenswerte Fähigkeit zur Bildung von Biofilmen zeigt, die schwer zu beseitigen sind - ein großer Faktor, der dazu beiträgt, dass sich MRSA-Infektionen im Körper ausbreiten und der Behandlung widerstehen.
Kleine Moleküle stören Bindungen, die zur Bildung von Biofilmen beitragen
Die Forscher konzentrierten sich auf Bindungswechselwirkungen, die zwischen bestimmten Proteinen auf den Oberflächen der Bakterienzellen auftreten, wenn sie während der Biofilmbildung aggregieren.
In ihrer Arbeit stellen sie fest, dass es zunehmend Hinweise gibt, dass diese Wechselwirkungen zur Bildung von Biofilm beitragen, aber die zugrunde liegenden Mechanismen sind nicht klar.
Sie fanden, dass insbesondere ein Oberflächenprotein eine Doppelrolle spielte. Das Protein wird SdrC genannt und fördert die Adhäsion zwischen Bakterienzellen sowie die Anlagerung von Zellen an Oberflächen.
Weitere Untersuchungen zeigten, dass ein kleines Molekül ("abgeleitet von ?-Neurexin") die SdrC-Wechselwirkungen zwischen den Zellen blockieren kann, wodurch es effektiv daran gehindert wird, andere Bakterienzellen zu erkennen. Es kann auch Interaktionen zwischen Bakterienzellen und Oberflächen blockieren, um Biofilmbildung zu verhindern.
Das Team ist der Ansicht, dass die Ergebnisse zu neuen Therapien führen könnten, die die Bildung von Biofilmen auf medizinischen Implantaten und Geräten verhindern und auch die Genesung von Patienten nach einer Operation unterstützen.
"Dieser aufregende Durchbruch wird das Design neuer, zielgerichteter Ansätze zur Verhinderung der Biofilmbildung durch Staphylokokken beeinflussen und die Häufigkeit von Infektionen durch medizinische Geräte reduzieren."
Co-Autorin Dr. Joan A. Geoghegan, Trinity College Dublin
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