Chronische Wunden: Neuer Ansatz umgeht Antibiotikaresistenz

​Ein internationales Team hat einen neuen Mechanismus identifiziert, mit dem die Heilung chronischer Wunden, die mit antibiotikaresistenten Bakterien infiziert sind, beschleunigt werden könnte.

Weltweit sind chronische Wunden ein erhebliches Gesundheitsproblem. Schätzungen zufolge entwickeln jährlich etwa 18,6 Millionen Menschen Diabetische Fußulzera. Diese Wunden sind eine führende Ursache für Amputationen der unteren Extremität und werden häufig durch persistierende Infektionen kompliziert, die die Heilung verhindern.

In der in „Science Advances“ veröffentlichten Studie zeigen die Forschenden, wie Enterococcus faecalis die Wundheilung aktiv blockiert. Das Team konnte zudem demonstrieren, dass die Neutralisierung dieses biologischen Prozesses es Hautzellen ermöglicht, sich zu erholen und die Wunde zu schließen. E. faecalis ist ein opportunistischer Erreger, der häufig in chronischen Infektionen wie Diabetischen Fußulzera nachgewiesen wird.

Zunehmend problematisch ist zudem die Antibiotikaresistenz bei E. faecalis, da einige Stämme gegen mehrere Antibiotika resistent sind und entsprechende Infektionen schwer therapierbar machen. Obwohl der verzögernde Effekt solcher Infektionen auf die Heilung bekannt war, blieb der zugrunde liegende biologische Mechanismus bislang unklar. Die Forschenden entdeckten, dass E. faecalis – im Unterschied zu vielen anderen Bakterien, die während einer Wundinfektion Toxine produzieren – verstärkt reaktive Sauerstoffspezies bildet, die den Heilungsprozess menschlicher Hautzellen beeinträchtigen.

Bakterium blockiert Wundheilung

Weiterhin fanden die Forschenden heraus, dass E. faecalis einen Stoffwechselprozess namens extrazellulärer Elektronentransport (EET) nutzt, der kontinuierlich Wasserstoffperoxid generiert – eine hochreaktive Sauerstoffspezies, die lebendes Gewebe schädigen kann. In infizierten Wunden bildet das Bakterium Wasserstoffperoxid, das über oxidativen Stress menschliche Hautzellen schädigt.

In Laborexperimenten zeigte sich, dass oxidativer Stress in Keratinozyten, den für die Hautreparatur verantwortlichen epidermalen Zellen, eine zelluläre Stressantwort auslöst, die als „unfolded protein response“ (UPR) bezeichnet wird. Diese UPR dient normalerweise dazu, Zellen bei Schädigung zu schützen, indem sie die Proteinbiosynthese und andere vitale Aktivitäten vorübergehend herunterreguliert, damit sich die Zellen erholen können.

Ist diese Stressantwort jedoch anhaltend aktiviert, werden die Zellen funktionell „blockiert“ und können nicht mehr in die Wunde einwandern. Setzten die Forschenden hingegen einen genetisch veränderten E.-faecalis-Stamm ein, dem der EET-Signalweg fehlt, produzierten die Bakterien deutlich weniger Wasserstoffperoxid und waren nicht mehr in der Lage, die Wundheilung zu blockieren.

Dies bestätigte, dass der metabolische EET-Weg zentral für die Fähigkeit des Bakteriums ist, die Hautreparatur zu stören. Anschließend prüfte das Team, ob die Neutralisierung des gebildeten Wasserstoffperoxids den Schaden rückgängig machen kann.

Alternative Strategie zu Antibiotika

Durch die Behandlung betroffener Hautzellen mit Katalase, einem natürlich vorkommenden antioxidativen Enzym, das Wasserstoffperoxid abbaut, konnten die Forschenden den zellulären Stress reduzieren und die Migrationsfähigkeit der Zellen sowie deren Heilungskapazität wiederherstellen. Dies eröffnet eine alternative Strategie gegenüber der klassischen Therapie, bei der antibiotikaresistente E.-faecalis-Stämme mit Antibiotika abgetötet oder in ihrem Wachstum gehemmt werden sollen.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass der bakterielle Stoffwechsel selbst die ‚Waffe‘ darstellt – ein bislang unbekannter Mechanismus“, erklärt Prof. Guillaume Thibault von der School of Biological Sciences der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur. „Anstatt zu versuchen, die Bakterien mit Antibiotika abzutöten – was zunehmend schwierig wird und künftige Resistenzen fördert –, können wir sie nun neutralisieren, indem wir die schädlichen Stoffwechselprodukte blockieren und die Wundheilung wiederherstellen. Wir zielen nicht auf die Quelle, sondern auf die eigentliche Ursache der chronischen Wunden – die reaktiven Sauerstoffspezies.“

Wundauflagen mit Antioxidanzien

Die Studie zeigt damit eine direkte Verbindung zwischen bakterieller Stoffwechselaktivität und Funktionsstörung von Wirtszellen auf und eröffnet einen neuen therapeutischen Ansatz für chronische Wunden. Die Forschenden schlagen vor, dass künftig Wundauflagen mit Antioxidanzien wie Katalase eine wirksame Behandlungsoption darstellen könnten.

Da Antioxidanzien wie Katalase bereits breit eingesetzt und gut charakterisiert sind, könnte dieser Ansatz den Weg von der Laborforschung zur klinischen Anwendung verkürzen. Da in der Studie humane Hautzellen zur Demonstration des Mechanismus verwendet wurden, sind die Befunde für die menschliche Physiologie direkt relevant und könnten neue Therapien für Patienten mit nicht heilenden Wunden ermöglichen. (ins)