Wie das Proteom von Pseudomonas aeruginosa auf Antibiotika reagiert

Wie verschiedene Arzneistoffe auf das auf das Proteom von Pseudomonas aeruginosa wirken, hat ein Team der Ruhr-Universität Bochum (RUB) untersucht. Die Ergebnisse sollen zum einen Erkenntnisse zur Entwicklung von Resistenzen und zum anderen Ansätze für die Suche nach neuen Wirkstoffen liefern.

„Pseudomonas aeruginosa ist der Gram-negative Problemkeim schlechthin“, sagt Prof. Julia Bandow, Leiterin der RUB-Arbeitsgruppe Angewandte Mikrobiologie. Gram-negative Bakterien stellen beispielsweise besondere Fett-Zuckerverbindungen her, die sie für den Aufbau ihrer äußeren Membran benötigen. „Einige Eigenschaften der Gram-negativen Bakterien könnten attraktive Angriffsmöglichkeiten für Antibiotika bieten“, so Bandow. „Speziell danach suchen wir.“

Im ersten Schritt wollten die Forschenden verstehen, warum P. aeruginosa gegen so viele herkömmliche Antibiotika resistent ist. Sie behandelten den Keim mit zwölf verschiedenen zugelassenen Antibiotika und dokumentierten die daraus resultierenden Veränderungen im Proteom. Getested wurden Ciprofloxacin, Levofloxacin, Rifampicin, Gentamicin, Tobramycin, Azithromycin, Tigecyclin, Polymyxin B, Colistin, Ceftazidim, Meropenem sowie Piperacillin/Tazobactam. Daraus wiederum können sie ableiten, wie sich die Zelle gegen die Antibiotika zur Wehr setzt. Außerdem teilte das Team die einzelnen Substanzen je nach Ähnlichkeit der ausgelösten Effekte in Gruppen ein.

Neuer Angriffspunkt für Antibiotika

Des Weiteren testeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die noch nicht zugelassene Substanz CHIR-090, die die Produktion von Fett-Zuckerverbindungen blockiert. Verglichen mit den Effekten der zugelassenen Antibiotika erzeugte CHIR-090 eine einzigartige Proteom-Antwort. Dieser Stoffwechselweg wird bislang in der Praxis noch nicht als Angriffspunkt für Antibiotika genutzt. Daher sind bei den klinisch relevanten Bakterienstämmen noch keine Resistenzen gegen den Wirkstoff zu beobachten. „Man geht davon aus, dass sich Resistenzen gegenüber neuen Substanzklassen langsamer ausbilden als gegenüber Substanzen, die Abkömmlinge von herkömmlichen Antibiotika sind“, erklärt Julia Bandow.

Das RUB-Team um Bandow beschreibt die Analysen gemeinsam mit einer Gruppe der US-amerikanischen Duke University in „Antimicrobial Agents and Chemotherapy“, einem Journal der American Society for Microbiology, online veröffentlicht am 8. November 2021.

Hintergrund und Förderung: Das Centrum für systembasierte Antibiotikaforschung wird an der RUB in Zusammenarbeit mit der Lead Discovery Center GmbH (Dortmund) aufgebaut. Es soll der Erschließung neuer Wirkstoffe dienen und die Vernetzung mit Akteuren aus Wirtschaft und Hochschullandschaft regional und überregional intensivieren. Der Aufbau von Cesar wird vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung und dem Land NRW mit rund 4 Millionen Euro gefördert.

Die Arbeiten wurden zum Teil durch das Land Nordrhein-Westfalen und die EU-Kommission sowie durch die National Institutes of Health (USA, Förderkennzeichen AI094475 und GM115355) gefördert.