Antibiotikaresistenz: Forscher "trainieren Zellen", um die tödliche Krise zu beenden

Drogenresistente Superbugs bedrohen die menschliche Gesundheit seit Jahrzehnten. Die Situation verschärft sich aufgrund des Mangels an neuen Antibiotika. Aber was wäre, wenn wir die Art und Weise, wie wir sie behandeln wollen, verändert haben und unsere Zellen darin trainiert hätten, diese Eindringlinge zu töten, anstatt Antibiotika für die Drecksarbeit einzusetzen? Diese neue Strategie, die als Wirtsabwehr bezeichnet wird, könnte zur Lösung des Problems der Antibiotikaresistenz beitragen.

Antibiotika-Resistenz ist ein wachsendes Problem für die globale Gesundheit. Ein kürzlich von der britischen Regierung in Auftrag gegebener Bericht zeigt, dass weltweit jedes Jahr rund 700.000 Menschen an Infektionen durch arzneimittelresistente Bakterien starben. Der Bericht warnte außerdem, dass die Zahl der Toten ohne Maßnahmen weltweit auf 10 Millionen steigen und der Weltwirtschaft 80 Billionen US-Dollar kosten könnte.

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Drogenresistenz ist auch in den Vereinigten Staaten ein ernstes Problem. Mehr als 23.000 Menschen sterben jedes Jahr an multiresistenten Erregern und kosten das Land rund 55 Milliarden US-Dollar pro Jahr. Die Haupttäter, die die USA bedrohen, sind Methicillin-resistent Staphylococcus aureus (MRSA), Carbapenem-resistent Enterobacteriaceae (CRE) und Clostridium difficile.

Der Mangel an neuen antibakteriellen Medikamenten zur Bewältigung der wachsenden Bedrohung ist ein beunruhigender Trend. Ein Erreger, der gegen ein Medikament resistent ist, das zur Behandlung von Infektionen reserviert ist, wenn alle anderen versagt haben, ist ein besonderes Anliegen. Dies ist der Fall bei carbapenemresistenten Erregern.

Der Rückgang der antibakteriellen Wirkstoffe in Verbindung mit dem Auftreten arzneimittelresistenter Erreger erfordert alternative Ansätze.

In Malay Haldars Labor untersuchen meine Kollegen und ich zusammen mit anderen Projekten, wie Faktoren in einem Tierwirt eine Rolle bei Infektionen spielen. Um den Ansatz zu testen, führen wir diese Arbeit mit einem Mausmodell für Infektionen durch. Unser Ziel ist es, neue Merkmale oder Faktoren des Wirts zu finden, mit denen gezielt die Immunreaktion eines Individuums gesteigert werden kann, um die betroffenen Mikroben abzutöten. Der Wirtsfaktor, den wir untersuchen, heißt Spi-C, ein in jeder Zelle des menschlichen Körpers gefundenes Gen.

Targeting-Host-Faktoren

Mein Interesse an Gastfaktoren entstand während meines Studiums. Während meiner Doktorarbeit Durch ein Forschungsprojekt lernte ich, dass Wirtsfaktoren, eine Vielzahl menschlicher Eigenschaften, eine wichtige Rolle bei bakteriellen Infektionen spielen. Dies inspirierte mich zu untersuchen, wie das Immunsystem des Wirts Bakterien bekämpft.

Neue Erkenntnisse über die Abwehr der Wirte gegen Krankheitserreger haben die Forscher veranlasst, eine neue Strategie zu erforschen, die als Host-gesteuerte Therapie (HDT) bezeichnet wird. Diese relativ junge Idee gibt es erst seit etwa einem Jahrzehnt.

Das Ziel der HDT ist es, die Immunantwort des Wirts zur Abtötung von Krankheitserregern zu verstärken und zu verstärken, anstatt sich ausschließlich auf antibakterielle Wirkstoffe zu verlassen. HDTs wirken sowohl auf Wirtsfaktoren als auch auf die Behandlung mit Antibiotika.

Der Körper reagiert auf Entzündungen auf natürliche Weise mit Entzündungen, einem Prozess, bei dem bestimmte Populationen von Immunzellen die eindringenden Bakterien angreifen und töten, indem sie sie entweder essen oder mit Proteinwaffen zappen. Unkontrollierte Entzündungen lösen jedoch die Produktion von Proteinen aus, die zum Versagen mehrerer Organe führen und sogar den Wirt töten können. Daher ist die Bekämpfung von Entzündungen von entscheidender Bedeutung, um Krankheitserreger zu bekämpfen und den Körper vor Hyperinflammation zu schützen.

HDTs umfassen eine Reihe von Behandlungen, die die Reaktion des Wirts auf Krankheitserreger verstärken und den Wirt vor einer übertriebenen Immunantwort schützen. HDTs umfassen eine Zelltherapie, bei der eine bestimmte Population von Knochenmarkzellen in den Wirtskörper injiziert wird, um eine übermäßige Immunantwort und Gewebeverletzung zu verhindern. Ein anderes HDT beinhaltet häufig verwendete Medikamente für nichtinfektiöse Erkrankungen. Statine und Ibuprofen zum Beispiel beruhigen die Wirtsreaktion auf Infektionen. Biologics, die komplexen Molekülarzneimittel, die durch rekombinante DNA-Technologie hergestellt werden, tun dies auch, indem sie kleine Proteine ​​neutralisieren und Gewebeschäden reduzieren. Ernährungsprodukte wie Vitamin D3 haben auch gezeigt, dass die Immunzellen eines Wirts antibakterielle Substanzen freisetzen, die die Abtötung von Erregern fördern.

HDTs in Verbindung mit antibakteriellen Medikamenten sind vielversprechend bei der Behandlung verschiedener multiresistenter Erreger, insbesondere gegen Mycobacterium tuberculosis, der Erreger, der Tuberkulose verursacht, eine der zehn häufigsten Todesursachen weltweit.

Behandlungen für Infektionen personalisieren

In den letzten zehn Jahren haben Forscher große Fortschritte in der Wirtsfaktorforschung gemacht und zu neuen Therapiestrategien geführt.

Eine davon ist die personalisierte Medizin, bei der ein genomischer Bauplan die individuelle Anfälligkeit einer Person für Krankheiten bestimmen und geeignete Therapien auswählen kann.

Dieses Konzept wird bei nichtinfektiösen Krankheiten wie Krebs angewendet. Die Anwendung des Konzepts bei Infektionskrankheiten ist jedoch erst in jüngster Zeit. Dennoch führt die personalisierte Medizin dazu, zu spekulieren, warum manche Menschen anfälliger für Infektionen sind als andere. Meine Kollegen und ich glauben, dass solche Unterschiede durch subtile Unterschiede in der DNA der Wirtsfaktorgene verursacht werden können. Indem wir diese Unterschiede, die als Polymorphismen bezeichnet werden, mit der Anfälligkeit von Individuen für Infektionen in Verbindung bringen, hoffen wir, dass unsere Forschung zur Präzisionsmedizin bakterieller Infektionen beitragen wird.

Unsere Suche nach einem neuen Host-Faktor

Meine Kollegen im Haldar-Labor und ich untersuchen die Rolle von Spi-C bei der bakteriellen Infektion. Spi-C ist für die Entwicklung einer bestimmten Population von Zellen in der Milz unerlässlich, die die Eisenspeicherung im Körper regulieren. Eisen ist wichtig für den Transport von Sauerstoff in roten Blutkörperchen.

Bei Infektionen benötigen Bakterien aber auch Eisen. Sie brauchen es für Wachstum und konkurrieren mit dem Gastgeber, um es zu bekommen. Wenn wir also die Aktivität des Spi-C-Gens verändern könnten, könnten wir Bakterien möglicherweise diesen lebenswichtigen Nährstoff entziehen und so die Infektion stoppen, ohne den Wirt zu schädigen.

In einer kürzlich erschienenen Arbeit haben wir die Wirkung von Eisen in Wirtszellen und deren Wechselwirkungen mit Wirtsfaktoren in Gegenwart oder Abwesenheit von Infektionen zusammengefasst.

In Mäusen testeten wir die Rolle des Wirtsfaktors Spi-C als Möglichkeit, den Wirt zu verteidigen. In dieser Studie injizierten wir eine Chemikalie, die Bestandteil der Bakterien ist, in die Mäuse. Wir wollten Veränderungen auslösen, die während einer echten bakteriellen Infektion im Tier auftreten.

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Unsere vorläufigen Ergebnisse zeigten, dass der Wirtsfaktor in verschiedenen Organen der mit der Chemikalie behandelten Mäuse aktiv ist. Wir glauben, dass diese Aktivierung eine Rolle in der Host-Verteidigung spielt. Tatsächlich haben wir herausgefunden, dass durch den Verlust der Spi-C-Aktivität die Freisetzung von Proteinen kleiner Größe, die die Wirtsabwehr gegen Pathogene erleichtern, im Vergleich zu Zellen mit normaler Spi-C-Aktivität erhöht wird. Wir glauben, dass diese Veränderung der Proteine ​​kleiner Größe den Wirt als Reaktion auf eine Infektion vor Hyperinflammation schützen kann.

Wir glauben, dass die Umstellung unseres Denkens von der Erreger-zielgerichteten Therapie auf die vom Gast gerichtete Therapie einen neuen Weg der Präzisionsmedizin einleitet, der dazu beitragen könnte, die Krise der Arzneimittelresistenz zu beenden.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Zahidul Alam veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.