Neuartige Sensoren vereinfachen die Suche nach Antibiotika

Neuartige Sensoren mit einer unübertroffenen Empfindlichkeit verhelfen vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) unterstützten Forschenden zu neuen Erkenntnissen über Bakterien:

Ob sich diese als Einzelgänger frei fortbewegen oder aber zusammenspannen und für Antibiotika undurchdringliche Biofilme bilden, bestimmt die Konzentration eines bestimmten Botenstoffs. Dass man diesen nun in einzelnen lebenden Zellen messen kann, dürfte bei der Suche nach neuen Antibiotika helfen.

Nun lassen sich Zellen einer Kultur des Krankheitserregers Pseudomonas aeruginosa unterscheiden: Dank eines neuen Biosensors, der die Konzentration eines bakteriellen Botenstoffs misst, erscheinen die schwimmenden virulenten Zellen in einem anderen Licht als sesshafte persistente Keime, die wegen ihrer Eigenschaft antibiotikaresistente Biofilme bilden zu können besonders gefürchtet sind.

Wie viele andere Bakterien auch, kommt Pseudomonas aeruginosa - ein gefürchteter Krankheitserreger - in zwei verschiedenen Lebensformen vor: Entweder bildet er als virulenter Keim Geisseln aus, die der Fortbewegung dienen und sich propellerartig drehen können, oder er lässt sich als persistenter Keim beispielsweise in der Lunge nieder und formt mit seinesgleichen eine dünne Schleimschicht, einen so genannten Biofilm. Dieser ist für Antibiotika nur schwer zugänglich, weshalb etwa die chronischen Lungenentzündungen, die dieser Erreger bei Personen mit zystischer Fibrose verursacht, nicht ausreichend behandelt werden können.

Leuchtende Eiweiße

An was es liegt, ob der Erreger nun die virulente oder die persistente Lebensform annimmt, hat Matthias Christen als Postdoktorand in der Gruppe von Samuel Miller an der University of Washington kürzlich herausgefunden. Hierzu entwickelten die Forschenden in Zusammenarbeit mit Kollegen der Stanford University fluoreszierende Eiweiße, die sich im Innern des Keims an einen bakteriellen Botenstoff ankoppeln können. Wenn diese Eiweiße aber mit dem Botenstoff verbunden sind, leuchten sie weniger stark. Deshalb gibt die Leuchtintensität einer Zelle Auskunft über die in ihr enthaltene Menge des Botenstoffs. "Unsere neue Methode ist so sensitiv, dass wir damit einen Unterschied von nur 200 bis 300 Molekülen in einer Bakterie sichtbar machen können", sagt Christen.

Hilfreich bei der Entwicklung neuer Medikamente

Mit diesen Biosensoren beobachteten die Forschenden, dass die beiden Tochterzellen einer sich teilenden Zelle eine unterschiedliche Menge Botenstoff enthalten und sich in der Folge verschieden entwickeln: Während eine hohe Konzentration des Botenstoffs zu sesshaften persistenten Bakterien führt, bilden sich bei einer fünffach niedrigeren Konzentration schwimmende virulente Keime aus.

Diese Erkenntnisse könnten sich hilfreich erweisen für die Entwicklung von neuen Medikamenten: Mit den unterschiedlich stark leuchtenden Eiweißen können Substanzen, die etwa die Entstehung von Biofilmen unterbinden können, wesentlich schneller und einfacher aufgespürt werden, sagt Christen, der soeben mit der Suche nach neuen Wirkstoffen begonnen hat.

Quelle: ETH Zürich