Neuartige probiotisch-antibiotische Kombination beseitigt medikamentenresistente Bakterien

Ein Forscherteam des Massachusetts Institute of Technology hat einen neuartigen Ansatz entwickelt, um Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) und Pseudomonas aeruginosa aus Wunden zu eliminieren, indem es eine Kombination aus Antibiotika und alginatverkapselten Probiotika verwendet. Die Arbeit des Teams erscheint in der Zeitschrift Advanced Materials.

Li et al. entwickelten eine Möglichkeit, Probiotika so zu verkapseln, dass sie zusammen mit Antibiotika geliefert werden können, um mehrere Bakterienstämme abzutöten. Bildnachweis: Ryan Allen.

Der menschliche Körper enthält Billionen von Bakterienzellen, von denen viele von Vorteil sind.

In einigen Fällen helfen diese Bakterien, Infektionen abzuwehren, indem sie antimikrobielle Peptide und andere Verbindungen absondern, die pathogene Bakterienstämme abtöten. Andere übertreffen schädliche Stämme, indem sie Nährstoffe und andere kritische Ressourcen aufnehmen.

Wissenschaftler haben bereits die Idee der Anwendung von Probiotika bei chronischen Wunden getestet, und sie hatten einige Erfolge in Studien mit Patienten mit Verbrennungen.

Allerdings können die probiotischen Stämme in der Regel nicht alle Bakterien bekämpfen, die sich in einer infizierten Wunde befinden würden.

Die Kombination dieser Stämme mit traditionellen Antibiotika würde helfen, mehr der pathogenen Bakterien abzutöten, aber das Antibiotikum würde wahrscheinlich auch die probiotischen Bakterien abtöten.

Die MIT-Forscherin Ana Jaklenec und Kollegen haben einen Weg gefunden, dieses Problem zu umgehen, indem sie die probiotischen Bakterien so einkapselten, dass sie von dem Antibiotikum nicht betroffen waren.

Die Forscher wählten Alginat auch deshalb, weil es bereits in Wundauflagen für chronische Wunden eingesetzt wird, wo es hilft, Sekrete aufzunehmen und die Wunde trocken zu halten.

Darüber hinaus fanden sie auch heraus, dass Alginat ein Bestandteil der Biofilme ist, die sich aus Bakterienclustern bilden, um sich vor Antibiotika zu schützen.

„Es gibt heute so viele Bakterien, die gegen Antibiotika resistent sind, was ein ernsthaftes Problem für die menschliche Gesundheit ist“, sagte Dr. Jaklenec.

„Wir denken, dass eine Möglichkeit, sie zu behandeln, darin besteht, ein lebendes Probiotikum zu verkapseln und es seine Arbeit tun zu lassen.“

„Wir haben uns mit den molekularen Komponenten von Biofilmen beschäftigt und festgestellt, dass Alginat bei einer Pseudomonas-Infektion für seine Resistenz gegen Antibiotika sehr wichtig ist“, fügte der MIT-Forscher Zhihao Li hinzu.

„Aber bisher hat noch niemand diese Fähigkeit genutzt, um gute Bakterien vor Antibiotika zu schützen.“

Für die Studie entschied sich das Team dafür, eine Art kommerziell erhältliches Probiotikum namens Bio-K+ zu verkapseln, das aus drei Stämmen von Lactobacillus-Bakterien besteht. Diese Stämme sind dafür bekannt, MRSA zu töten.

Der genaue Mechanismus, nach dem sie dies tun, ist nicht bekannt, aber eine Möglichkeit ist, dass die Krankheitserreger anfällig für die von den Probiotika produzierte Milchsäure sind.

Eine weitere Möglichkeit ist, dass die Probiotika antimikrobielle Peptide oder andere Proteine absondern, die die Krankheitserreger abtöten oder ihre Fähigkeit zur Bildung von Biofilmen stören.

Die Studienautoren lieferten die verkapselten Probiotika zusammen mit einem Antibiotikum namens Tobramycin, das sie neben anderen getesteten Antibiotika wählten, weil es Pseudomonas aeruginosa, einen weiteren Stamm, der häufig bei Wundinfektionen vorkommt, effektiv tötet.

Als MRSA und Pseudomonas aeruginosa, die in einer Laborschale wachsen, der Kombination aus verkapseltem Bio-K+ und Tobramycin ausgesetzt wurden, wurden alle pathogenen Bakterien vernichtet.

„Es war ein ziemlich drastischer Effekt. Es hat die Bakterien vollständig ausgerottet“, sagt Dr. Jaklenec.

Als die Wissenschaftler das gleiche Experiment mit nicht eingekapselten Probiotika durchführten, wurden die Probiotika durch die Antibiotika getötet, so dass die MRSA-Bakterien überleben konnten.

„Wenn wir nur eine Komponente verwendeten, entweder Antibiotika oder Probiotika, konnten sie nicht alle Krankheitserreger eliminieren“, sagte Dr. Li.

„Das ist etwas, das in klinischen Umgebungen, in denen man Wunden mit verschiedenen Bakterien hat, sehr wichtig sein kann, und Antibiotika reichen nicht aus, um alle Bakterien abzutöten.“

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Zhihao Li et al. Biofilm-inspirierte Verkapselung von Probiotika zur Behandlung komplexer Infektionen. Advanced Materials, online veröffentlicht am 17. Oktober 2018; doi: 10.1002/adma.201803925

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