Wenn das Medikament nicht mehr wirkt: Auf der Suche nach neuen Waffen gegen Krankheiten

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SINGAPUR: Erwähnen Sie Kakerlaken und viele von uns können mit Ekel und Angst reagieren.

Naveed Khan von der American University of Sharjah in den Vereinigten Arabischen Emiraten glaubt jedoch, dass der Haushaltsschädling die Quelle der nächsten Reihe von bakterientötenden Verbindungen ist.

Er sagte: „Kakerlaken sind seit mehr als 300 Millionen Jahren hier. Diese Arten haben sich so erfolgreich angepasst und weiterentwickelt, dass sie etwas enthalten müssen, einige Moleküle, um sie vor Infektionskrankheiten zu schützen. “

Der Professor knackte den Jackpot, als sich der Zellinhalt im Gehirn von Kakerlaken als wirksam gegen den Superbug Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA) erwies. Superbugs sind Bakterien, die leicht Infektionen verursachen und gegen eine Vielzahl von Antibiotika resistent sind.

Er fand heraus, dass “weniger als 5 Mikrogramm” der Kakerlaken-Gehirnmischung mehr als eine Million MRSA-Bakterien abtöteten, eine “100-prozentige Abtötungsrate”.

UHR: Wie Kakerlaken den nächsten Krankheitsausbruch stoppen könnten (4:49)

Seine Ergebnisse gehören zu den Bemühungen einer globalen Gemeinschaft von Wissenschaftlern und Ärzten, die gegen eine wachsende Gesundheitsbedrohung kämpfen: Viele krankheitsverursachende Bakterien sind gegen Antibiotika resistent geworden, und einige Parasiten sind gegen andere Medikamente resistent geworden.

Wenn neue Medikamente oder Behandlungen nicht schnell verfügbar sind, können sich diese Krankheiten zu globalen Gesundheitskatastrophen entwickeln.

Entscheidend ist, dass im Rennen um antimikrobielle Infektionen neue Waffen entwickelt werden, wie die Serie Disease Hunters herausfindet. Aber reichen sie gegen immer einfallsreichere Bakterien und Viren aus?

PHARMAZEIT DER NATUR

Auf seiner Suche nach Lösungen war Khan begeistert, als er Kakerlaken entdeckte, die davon huschten, als er seine Kinder ins Badezimmer führte, um ihnen die Hände zu waschen.

“Wir sagen unseren Kindern, dass wir ständig unsere Hände waschen und antibakterielle Seifen verwenden müssen”, bemerkte er. “Wie kommt es, dass diese Arten sich gegen Infektionskrankheiten wehren können?”

Dr. Naveed Khan.

Seine Forschung darüber, was Kakerlaken haben, die sie schützen, zeigte, dass die von ihm getestete Gehirnmischung nur für Bakterien toxisch war, nicht für menschliche Zellen.

Er möchte diese antibakteriellen Moleküle für Tierversuche mitbringen, da neue antibakterielle Verbindungen entwickelt werden müssen, um mit antibiotikaresistenten Stämmen fertig zu werden.

“Wir nähern uns mehr oder weniger einer Ära vor Antibiotika, in der keines der Antibiotika wirksam sein wird, wenn wir keine neuartigen Antibiotika entwickeln”, sagte er.

Eine dieser antibakteriellen Abwehrmechanismen könnten sogar Viren wie Bakteriophagen oder kurz Phagen sein, die in Bakterien leben und diese angreifen können. Sie sind die natürliche Nemesis der Bakterien.

Eine visuelle Darstellung eines Phagen, der in Bakterien leben und diese angreifen kann.

Eine visuelle Darstellung eines Phagen.

In den letzten zwei Jahren haben der Mikrobiologe Wilfried Moreira und sein Team von der Yong Loo Lin School of Medicine der National University of Singapore eine der größten Bakteriophagenbanken in Südostasien aufgebaut.

Während die Phagenforschung nach dem Aufkommen von Antibiotika an Bedeutung verlor, hat der Aufstieg antibiotikaresistenter Bakterien zu ihrem Comeback geführt.

“Obwohl Europa und der Rest der Welt Antibiotika entwickelten, wurden in Georgien und später in der Sowjetunion in den letzten 100 Jahren kontinuierlich Bakteriophagen verwendet”, sagte Moreira.

Ich glaube, irgendwann hatte jeder Soldat der russischen Armee Fläschchen mit Bakteriophagenpräparaten auf sich.

Phagen zielen auch auf bestimmte krankheitsverursachende Bakterien ab. „Wenn Sie Antibiotika verwenden, entspricht dies einem Bombenanschlag auf Teppiche. Sie töten alle Bakterien wahllos ab, einschließlich der sehr guten Bakterien «, bemerkte er.

“Bakteriophagen sind wie ein Scharfschützenschuss – sie infizieren und heilen nur sehr spezifische Bakterien und lassen die guten Bakterien intakt und unberührt.”

Dr. Wilfried Moreira ist Mikrobiologe an der NUS Yong Loo Lin School of Medicine.

Dr. Wilfried Moreira.

Wenn Bakterien Resistenzen gegen Phagen entwickeln, entwickeln sich die Phagen auch stärker. “Wir entwickeln auch so genannte gentechnische Fähigkeiten … um (Phagen) im Grunde stärker und wirksamer zu machen”, fügte Moreira hinzu.

Dengue bekämpfen

Eine Krankheit, gegen die die Gentechnik vielversprechend ist, ist Dengue-Fieber.

Der Molekularbiologe Omar Akbari von der Abteilung für Biowissenschaften der Universität von Kalifornien in San Diego hat Aedes aegypti-Mücken gentechnisch verändert, um Antikörper gegen Dengue-Fieber zu produzieren, damit sie das Virus nicht übertragen können.

Er hofft, die gentechnisch veränderten Mücken in die Wildnis freizulassen, um die Dengue-Übertragung zu verringern und schließlich zu beseitigen.

Mückenproben an der Abteilung für Biowissenschaften der University of California in San Diego.

Mückenproben.

Bisher wurden Insektizide und die Beseitigung von Mückenbrutstätten hauptsächlich zur Verhinderung der Ausbreitung von Dengue-Fieber eingesetzt.

William Petrie, Direktor der Mückenbekämpfung und des Habitatmanagements in Miami-Dade County in den USA, sagte jedoch, die Mücke Aedes aegypti sei jetzt gegen „fast alle herkömmlichen Insektizide“ resistent.

In Singapur werden als neuere Lösungen männliche Aedes aegypti-Mücken gezüchtet, die mit Wolbachia-Bakterien infiziert sind und die Fortpflanzung von Mücken beeinträchtigen.

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Wenn sich Wolbachia-infizierte Mücken mit weiblichen Aedes aegypti-Mücken paaren, schlüpfen die Eier nicht. Wenn die Mückenpopulation sinkt, sinken schließlich die Dengue-Infektionsraten.

Männliche Wolbachia-Aedes aegypti-Mücken, die auf einem Testgelände für öffentliche Wohnsiedlungen in Singapur freigelassen wurden.

Männliche Wolbachia-Aedes aegypti-Mücken werden auf einem Testgelände für öffentliche Wohnsiedlungen in Singapur freigelassen. (DATEI FOTO: Reuters / Edgar Su)

“In Gebieten, in denen wir … hohe Mückenpopulationen von Aedes aegypti haben, haben wir eine bis zu 90-prozentige Unterdrückung der Mücke in der Gemeinde gesehen”, zitierte Ng Lee Ching, Hauptforscher des Projekts Wolbachia von der Nationalen Umweltbehörde.

Unabhängig davon haben Forschungen von Lok Shee-Mei vom Programm für neu auftretende Infektionskrankheiten der Duke-NUS Medical School herausgefunden, warum Dengue-Fieber schwer zu impfen ist: Das Virus verändert seine Form unter verschiedenen Bedingungen.

Mit einem Kryo-Elektronenmikroskop und 3D-Modellierung konnte ihr Team Bilder des Virus bei verschiedenen Temperaturen aufnehmen.

“Für die Impfstoffentwicklung wird der Impfstoff verwendet, um das Immunsystem Ihres Körpers auf das Erkennen (des Virus) zu trainieren”, sagte der Professor.

“Also müssen Sie all diese verschiedenen Strukturen (in) setzen, in die sie sich ändern können, damit Ihr Körper darauf trainiert wird, sie alle zu erkennen.”

Formverschiebung ist nicht die einzige Komplikation – Dengue-Fieber hat auch vier Serotypen. Das Singapore Immunology Network (SIgN) der Agentur für Wissenschaft, Technologie und Forschung befindet sich jedoch in einem fortgeschrittenen Stadium der Entwicklung eines Antikörpers, der gegen alle vier Serotypen wirksam ist.

Eine Computeranimation der Antikörper, die das Immunsystem zusammenbringen, um das Dengue-Virus anzugreifen.

Eine Computeranimation der Antikörper, die das Immunsystem zusammenbringen, um das Dengue-Virus anzugreifen.

Der Antikörper haftet an Strukturen des Virus wie ein „Schlüssel, der in das Schloss eindringt“, sagte Laurent Renia, ehemaliger Geschäftsführer von SIgN und derzeitiger Geschäftsführer des Horizontal Technology Center für Infektionskrankheiten.

Dies wiederum veranlasst das Immunsystem, das Virus zu zerstören.

ANTIMALARIAL EFFORTS

Neben Dengue-Fieber übertragen Mücken Malaria durch Stiche der weiblichen Anopheles-Mücke.

Obwohl die Weltgesundheitsorganisation Singapur 1982 für malariafrei erklärte, ist die Krankheit in vielen Ländern weit verbreitet, und in der Republik gibt es jedes Jahr Dutzende Fälle, von denen fast alle importiert werden.

Daher testet der Forscher Pablo Bifani, der Hauptforscher am SIgN, ein neues Medikament, das auf mehrere Stadien von Plasmodium vivax, dem am weitesten verbreiteten Malariaparasiten, im menschlichen Körper abzielen könnte.

Viele Tiere beherbergen auch Malaria-Stämme, was ihn beunruhigt. “Die Idee der Zoonose ist jetzt sehr wichtig, insbesondere bei COVID-19”, sagte er und wies darauf hin, dass es in Singapur Affenmalaria gibt.

Neue Malariastämme, die von Wildtieren auf Menschen übertragen werden, sind ein aufkommendes Problem.

Neue Malariastämme, die von Wildtieren auf Menschen übertragen werden, sind ein aufkommendes Problem.

Solange es noch Anopheles-Mücken gibt, könnte Malaria auch in andere tropische Regionen der Industrieländer zurückkehren, die die Krankheit weitgehend ausgerottet haben, sagte der Forscher Nick White von der Mahidol Oxford Tropical Medicine Research Unit in Thailand.

In Teilen der Welt ist der Malariaparasit gegen das Malariamedikament Chloroquin resistent geworden, und es wurden alternative Medikamente wie Artemisinin entwickelt.

Eine auf Artemisinin basierende Kombinationstherapie wird jetzt verwendet, um arzneimittelresistente Malaria zu verhindern oder zu lindern. Die berichtete Entwicklung von Stämmen mit einer Resistenz gegen mehrere Arzneimittel kann jedoch ihre Wirksamkeit beeinträchtigen.

Angesichts der Kosten und der Zeit, die mit der Erfindung neuer Medikamente verbunden sind, ist Bifani der Ansicht, dass der beste Weg für die Behandlung von Malaria in der „richtigen Verwaltung“ bestehender Medikamente liegt.

UHR: Ein blutiger Kampf gegen durch Mücken übertragene Krankheiten (47:54)

BAKTERIELLE MÖRDER NACH DESIGN

Manchmal bietet die Chemie Krankheitsjägern jedoch neue Werkzeuge.

Zum Beispiel haben Mary Chan, Professorin an der Nanyang Technological University, und ihr Team aus einer Kette synthetischer Histidinmoleküle ein bakterienangreifendes Polymer hergestellt. Histidin ist eine der essentiellen Aminosäuren des Körpers.

Wenn das positiv geladene Polymer mit negativ geladenen Bakterien in Kontakt kommt, wird es von der Oberfläche der Bakterien angezogen. Dann dringt es in die Atemwege der Bakterien ein, fängt die bakterielle DNA und andere essentielle Moleküle ein und tötet die Bakterien ab.

“Es ist schwer für die Bakterien, all diese vielfältigen Ziele zu überwinden”, sagte Chan. “Bakterien können die Ladung ändern, aber nicht sehr leicht, weil es eine physikalische Eigenschaft ist.”

Die NTU-Professorin Mary Chan und ihr Team haben ein bakterienangreifendes Polymer entwickelt.

Prof. Mary Chan.

Das Polymer kann so programmiert werden, dass es nach seiner Arbeit in ungiftige Teile zerfällt, und der Körper kann die kleineren Teile leicht freisetzen.

Es wurde erfolgreich an einem Superbug in einem Labor in Singapur getestet, und es besteht die Hoffnung, dass es schließlich zu einem neuen Antibiotikum werden könnte. Seine erste Verwendung könnte in diabetischen Wundauflagen und als antibakterielle Beschichtung auf medizinischen Geräten erfolgen.

“Bakterien werden immer bei uns sein, aber wir müssen sie mit etwas töten, das nachhaltig und umweltfreundlich ist”, sagte Chan. “Vielleicht ist die Polymerwissenschaft eine der wenigen Möglichkeiten, dies zu tun.”

Im Kampf gegen arzneimittelresistente Bakterien, Viren und Parasiten ist der Sieg nicht garantiert. Solange Krankheitsjäger Innovationen entwickeln, besteht die Möglichkeit, neue und alte Krankheiten zu beseitigen.

Sehen Sie sich hier die Serie Disease Hunters an.

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