Modulares Phagendesign in E. coli

Im Erwin-Schrödinger-Projekt Modulares Phagendesign in E. coli wird die Forscherin Noa Wolff an der Universität Edinburgh maßgeschneiderte Bakteriophagen, also Viren, die Bakterien infizieren, untersuchen. Der Hintergrund des Projektes ist die weltweite Verbreitung von Antibiotikaresistenzen, die dazu führen, das bakterielle Erkrankungen zunehmend nicht mehr wie bisher durch Antibiotika behandelt werden können. Beispiele für das besonders häufige Auftreten von Antibiotika-Resistenzen sind die Krankheitserreger Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, und verschiedene Enterobacter-Spezies, die unter dem Acronym ESKAPE zusammengefasst werden und verschiedenste Krankheiten wie zum Beispiel Lungenentzündung auslösen können. Bakteriophagen könnten diese und andere Krankheitserreger befallen und eliminieren ohne dabei in menschliche Zellen einzudringen. Diese Lösung bringt jedoch einige Probleme mit sich. Erstens sind Bakteriophagen so spezifisch, dass sie nur einen oder wenige Stämme eines Krankheitserregers befallen. Es ist allerdings zumeist so, dass es wesentlich mehr pathogene Stämme gibt, als die jeweiligen Bakteriophagen abdecken. Somit wäre die Behandlung einer Lungenentzündung durch Klebsiella pneumoniae von vornherein nur im Spezialfall möglich. Zweitens ist die direkte Elimination von Bakterien durch Bakteriophagen umstritten, da sie von den befallenen Krankheitserregern vermehrt werden und somit unkontrollierte Dosen erreichen. Außerdem würden in den Bakterienzellen gelagerte Toxine womöglich sehr schnell freigesetzt. Drittens enthalten die meisten Bakteriophagen-Genome eine Vielzahl unbekannter Gene, die die Zulassung als Medikament erschweren. Phagen übertragen selbst Antibiotikaresistenzen, und der Einfluss unbekannter Gene, deren Genprodukte mit dem Auflösen der Bakterienzellen freigesetzt werden, ist ungewiss. Im Zuge dieses Projektes werden Phagen-Genome analysiert und die unbekannten Gene ausgeschlossen. Ein Minimalgenom wird geschaffen um die Zulassung zu erleichtern und unerwartete Nebenwirkungen auszuschließen. Daraufhin wird die Wirtsspezifität der Phagen durch gerichtete Evolution erweitert, so dass bestenfalls alle Stämme eines Krankheitserregers infiziert werden. Schließlich werden verschiedene Killer-Gene getestet, die als virale DNA in die Zielbakterien eingeschleust werden. In diesem Szenario werden die Wirtsbakterien nicht mehr aufgelöst, sondern durch die eingeschleusten Gene eliminiert, was eine Unverträglichkeit der Therapie vermeiden soll. Diese künstlichen Designerphagen werden nach jedem Zwischenschritt tatsächlich hergestellt und ihre Wirkung getestet. Zuletzt wird an der Universität Wien ein Inhalationsspray entwickelt, dass die Behandlung einer akuten Lungenentzündung, ausgelöst durch antibiotikaresistente Bakterien, ermöglichen soll, in diesem Fall durch Stämme von Pseudomonas aeruginosa und Klebsiella pneumoniae.