Hirnhautentzündungen bei Neugeborenen ohne Antibiotika verhindern

Der Erreger Escherichia coli vom Typ K1 kann bei der Geburt auf das Neugeborene übertragen werden und gefährliche Hirnhautentzündungen auslösen. Forschende der ETH Zürich und der Universität Basel (beide Schweiz) haben nun einen Ansatz entwickelt, um eine Übertragung zu vermeiden.

Hirnhautentzündungen bei Neugeborenen gehören zu den gefährlichsten Infektionen im frühen Leben. Häufig verlaufen sie lebensbedrohlich, und bei überlebenden Kindern können sie schwere und dauerhafte Schäden, etwa Entwicklungsstörungen, hinterlassen. 

Einer der bedeutendsten Erreger, die solche Hirnhautentzündungen verursachen, ist das E.-coli-Bakterium vom Typ K1. Forschende der ETH Zürich und der Universität Basel haben nun einen Ansatz entwickelt, um eine Übertragung auf Neugeborene zu verhindern.

Um den Ansatz zu verstehen, muss man im Darm von Erwachsenen beginnen: E. coli K1 ist bei jedem dritten gesunden Menschen Teil der Darmflora. Als stiller Mitbewohner verursacht das Bakterium dort keine Probleme. Andere Bakterien und ein funktionierendes Immunsystem halten es in Schach.

Ist eine werdende Mutter Trägerin des Bakteriums, kann es bei der Geburt jedoch zu einer Übertragung auf das Kind und in dessen Darm kommen. Bei Frühgeborenen mit noch schwachen Abwehrfunktionen kann der Erreger in die Blutbahn gelangen und ins Gehirn wandern. Dort verursacht er eine schwere Entzündung.

Erreger erst schwächen, dann bekämpfen

Die Forschenden unter der Leitung von Emma Slack, Professorin für Schleimhaut-Immunologie an der ETH Zürich, und Médéric Diard, Professor für Infektionsbiologie am Biozentrum der Universität Basel, möchten, dass es gar nicht erst zu einer Übertragung kommt. Sie verfolgen die Idee, den Erreger bei schwangeren Frauen, die ihn im Darm tragen, zu eliminieren. Das ist jedoch einfacher gedacht als getan.

Bereits vor einem Jahr entwickelten die beiden Forschenden aus Zürich und Basel gemeinsam ein Konzept, um andere im Darm lebende Krankheitserreger auszumerzen. Damals setzten sie auf eine Kombinationstherapie aus zwei Komponenten: einer Schluckimpfung, welche das krankmachende Bakterium schwächt, gefolgt von einer Dosis gutartiger Mikroben, die dem geschwächten Erreger die Nahrung streitig machen, ihn aushungern und letzten Endes verdrängen. In Versuchen an Mäusen zeigten die Forschenden damals, dass man mit diesem Ansatz bestimmte Salmonellen und E.-coli-Stämme im Darm beseitigen kann.

So hartnäckig, dass es drei Komponenten braucht

Der K1-Typ von E. coli ist jedoch ein zäher Gegner: Anders als andere E.-coli-Bakterien wird dieser Typ von einer glitschigen äußeren Schicht geschützt. Sie verhindert, dass die durch die Schluckimpfung gebildeten Antikörper das Bakterium angreifen können.

Das Forschungsteam um Slack und Diard ergänzte deshalb seinen bisherigen zweiteiligen Ansatz um eine dritte Komponente: Bakteriophagen (Phagen). Die Phagen greifen die Bakterien an, indem sie an deren Schutzschicht andocken. Die Bakterien versuchen dies allerdings zu verhindern: In einer Art schneller Evolution entledigen sie sich dieser Schicht. Schnell heißt in diesem Fall: Weil die Bakterien so zahlreich sind und sie sich so schnell vermehren, brauchen sie weniger als 24 Stunden, um sich anzupassen.

„Es handelt sich im Grunde um einen Resistenzmechanismus der Bakterien gegenüber den Phagen“, erklärt Slack. „Diesen machen wir uns zunutze: Gegen K1-Bakterien ohne Schutzschicht wirken die durch die Schluckimpfung gebildeten Antikörper.“

Großteil der Jungtiere geschützt

Teil des Projekts war die Suche nach wirksamen Phagen-Stämmen. Wissenschaftler finden Phagen meist dort, wo viele Bakterien leben: in nährstoffreichen Gewässern, in der Darmflora oder besonders häufig im Abwasser und in Kläranlagen. Für die in dieser Studie verwendeten Phagen wurden die Forschenden vom Biozentrum Basel in Abwasserproben aus der Kläranlage der Agglomeration Luzern fündig. Im Labor gelang es ihnen, aus solchen Proben mehrere Phagen zu isolieren, die das Bakterium E. coli K1 besonders effizient angreifen.

In Versuchen mit trächtigen Mäusen, die die Forschenden zuvor mit krankmachenden E. coli K1 infizierten, konnten sie die Wirksamkeit ihrer Dreifachtherapie aufzeigen: Die Forschenden verabreichten diesen Mäusen erstens Phagen, die die Bakterien dazu zwingen, ihre Schutzhülle abzustreifen, zweitens eine Schluckimpfung, die im Darm Antikörper erzeugt, die die Bakterien schwächen, sowie drittens ein harmloses probiotisches Konkurrenzbakterium, das gegen die geschwächten Bakterien eine Chance hat und dessen ökologische Nische im Darm besetzen kann.

Bei einem Kontrollexperiment, bei dem die Forschenden die Muttertiere nicht therapierten, wurde E. coli K1 bei der Geburt auf 83 Prozent der Jungtiere übertragen. Die Dreifachtherapie hingegen reduzierte E. coli K1 im Darm der Mutter stark, sodass der Erreger nur auf 23 Prozent der Jungtiere übertragen wurde. Die restlichen Jungtiere waren geschützt, wie die Forschenden in „Nature Communications“ berichten.

Funktioniert auch, wenn Antibiotika versagen

Die Forschenden möchten ihren Ansatz nun weiterverfolgen, um daraus eine Therapie für Menschen zu entwickeln. In einer Welt, in der wirksame Antibiotika immer öfters fehlen, brauche es neue Therapieansätze, betont Slack. „Bakterien wie E. coli K1 sind schwierig zu bekämpfen. Unser Ansatz ist möglicherweise der einzige, mit dem dieser Erreger und andere ohne Antibiotika bekämpft werden können.“

Auch andere Bakterien im Visier

E. coli K1 kann nicht nur zu Hirnhautentzündungen bei Neugeborenen führen, die heute in einem Wettlauf gegen die Zeit mit Antibiotika behandelt werden müssen. Es ist auch einer der häufigsten Verursacher von Blasen- und Nierenbeckenentzündungen. Ausgehend von solchen Entzündungen kann es auch zu schweren Blutvergiftungen kommen.

Auf dem Weg zu einer wirksamen Therapie für Menschen sieht die ETH-Professorin keine größeren Hürden: „Schluckimpfungen, Probiotika und auch Phagen werden in der Medizin alle schon angewendet“, erklärt sie. Auch werde es möglich sein, alle drei Komponenten gemeinsam in eine Kapsel zu verpacken, die man einfach schlucken könne.

Außerdem planen die Wissenschaftler Projekte, in denen sie mit demselben Ansatz auch andere Bakterien als E. coli K1 bekämpfen wollen, darunter multiresistente Erreger, gegen die viele Antibiotika nicht mehr wirken.