{"id":3693,"date":"2025-02-08T23:56:23","date_gmt":"2025-02-08T22:56:23","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/?p=3693"},"modified":"2025-02-13T00:13:20","modified_gmt":"2025-02-12T23:13:20","slug":"kleine-bakterientoeter","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/2025\/02\/08\/kleine-bakterientoeter\/","title":{"rendered":"Kleine Bakterient\u00f6ter – Wenn Molek\u00fcle Bakterien einfach zerschneiden"},"content":{"rendered":"

Von Thorne Abend<\/span><\/em><\/p>\n

\"\"<\/span><\/p>\n

Abbildung 1: Quelle: 2025, Idiogram AI – Der Kampf der Abwehrpeptide gegen Bakterien<\/em><\/span><\/p>\n

Infektionen mit Bakterien k\u00f6nnen f\u00fcr Patient:innen zum Problem werden. H\u00e4ufig werden dann Antibiotika verschrieben. Eine Gruppe kleiner Proteine verspricht nun Hoffnung im Kampf gegen Bakterieninfektionen. Sie k\u00f6nnten bei Bakterienkolonien auf Implantaten Abhilfe schaffen.<\/span><\/strong><\/p>\n

<\/p>\n

Sind Abwehrpeptide die neuen Antibiotika?<\/span><\/strong><\/p>\n

Jeder 20. Patient hat ein sehr hohes Risiko auf eine bakterielle Infektion nach einer operativen Implantation [1]<\/span>. Allein in Gro\u00dfbritannien haben bakterielle Infektionen durch Blasenkatheter 2100 Tote j\u00e4hrlich zu verantworten [2]<\/span>.<\/span><\/p>\n

Wie k\u00f6nnen wir den Kampf gegen die Bakterien f\u00fcr uns entscheiden und das Risiko f\u00fcr schwerwiegende Infektionen reduzieren? Die Antwort darauf k\u00f6nnte in einer kleinen Gruppe Proteine liegen, den sogenannten Peptiden. Solche auch als Abwehrpeptide bezeichneten antimikrobiellen Peptide (AMPs) sind kurze Proteine. Sie bestehen aus 12 bis 50 Bausteinen, den Aminos\u00e4uren. Die Art der Bausteine bestimmt die Wirkung des Peptids. Abwehrpeptide wirken gegen eine gro\u00dfe Bandbreite von Organismen, wie Bakterien, beh\u00fcllte Viren, Pilze und Tumorzellen. Diese Peptide sind wie kleine Messer zu verstehen, welche die H\u00fclle der Bakterien durchsto\u00dfen und sie so abt\u00f6ten. Abwehrpeptide funktionieren aufgrund von zwei Eigenschaften. Sie sind gleichzeitig wasserliebend (hydrophil) und fettliebend (lipophil). Diese Eigenschaft wird auch als amphipathisch bezeichnet. Dadurch k\u00f6nnen sie sich an die H\u00fclle der Bakterien anheften und in sie eindringen.<\/span><\/p>\n

Wenn die Abwehrpeptide wie kleine Messer in Zellen eindringen und sie zerst\u00f6ren, warum sind sie dann nicht gef\u00e4hrlich f\u00fcr den Menschen? Die gezielte Wirkung entsteht dadurch, dass die Messer erst gef\u00e4hrlich werden, wenn die H\u00fclle einer Zelle eine hohe negative Ladung hat und so stark anziehend f\u00fcr die Abwehrpeptide wirkt. Da die H\u00fclle von Bakterien eine viel st\u00e4rkere negative Ladung hat als die H\u00fclle der Zellen von S\u00e4ugetieren, sind menschliche Zellen nicht anf\u00e4llig und es werden nur Bakterien angegriffen. Der Vorteil gegen\u00fcber Antibiotika ist, dass Abwehrpeptide nicht nur gegen eine kleine Gruppe von Bakterien wirksam sind und gezielt angepasst werden m\u00fcssen, sondern gegen eine Vielzahl verschiedener Bakterien. Au\u00dferdem wirken sie anders als Antibiotika nicht nur wachstumshemmend f\u00fcr Bakterien, sondern t\u00f6ten diese gezielt ab.<\/span><\/p>\n

Sie zielen typischerweise auf die Membran des Pathogens ab (z. B. durch St\u00f6rung der Zellmembranen) oder beeintr\u00e4chtigen zellul\u00e4re Prozesse auf eine Weise, die Mutationen oder Anpassungen erschwert. Dadurch wird es f\u00fcr Bakterien schwieriger, Resistenzen zu entwickeln, im Vergleich zu Antibiotika, die oft spezifische Proteine oder Enzyme angreifen, die im Laufe der Zeit mutiert werden k\u00f6nnen.<\/span><\/p>\n

AMPs k\u00f6nnen in Kombination mit traditionellen Antibiotika eingesetzt werden, um deren Wirksamkeit zu steigern, die erforderliche Dosis der Antibiotika zu reduzieren (minimiert Nebenwirkungen) und die Entwicklung von Resistenzen zu verz\u00f6gern oder zu verhindern. <\/span>AMPs k\u00f6nnen so entwickelt oder modifiziert werden, dass ihre Stabilit\u00e4t, Spezifit\u00e4t oder Aktivit\u00e4t gegen resistente St\u00e4mme verbessert wird, was eine anpassbare Option f\u00fcr zuk\u00fcnftige Therapien bietet.<\/span><\/p>\n

AMPs stehen jedoch vor Herausforderungen, darunter potenzielle Toxizit\u00e4t bei hohen Dosen, Schwierigkeiten bei der gro\u00dftechnischen Produktion und Stabilit\u00e4tsprobleme. Eine geringe metabolische Stabilit\u00e4t von AMPs, die ein inh\u00e4rentes Risiko therapeutischer Peptide im Allgemeinen darstellt, wird als ein weiterer Schl\u00fcsselfaktor angesehen, der ihre klinische Anwendung einschr\u00e4nkt. Peptidbasierte Medikamente sind im Allgemeinen durch eine geringe orale Bioverf\u00fcgbarkeit gekennzeichnet, bedingt durch die enzymatische Zersetzung vor der systemischen Aufnahme und die schlechte Penetration der Darmmukosa, was ihre orale Verabreichung in der Regel unm\u00f6glich macht. <\/span>Die laufende Forschung zielt jedoch darauf ab, diese H\u00fcrden zu \u00fcberwinden und AMPs zu einer praktikablen Alternative oder Erg\u00e4nzung zu Antibiotika zu machen.<\/span><\/p>\n

Abwehrpeptide zerschneiden Bakterien wie Messer<\/span><\/strong><\/p>\n

Die Wirkungsweise von den Abwehrpeptiden ist nicht vollst\u00e4ndig gekl\u00e4rt.<\/span>\"\" Es wird vermutet, dass nicht alle auf die selbe Art und Weise funktionieren. Die drei g\u00e4ngigsten Modelle sind das Fassdauben-Modell, das ringf\u00f6rmige Modell und das Teppich-Modell. [4]<\/span><\/span><\/p>\n

    \n
  1. Das Fassdauben-Modell nimmt an, dass die Abwehrpeptide sich wie Fassdauben in die H\u00fclle des Bakteriums einlagern und so ein Loch in ihrer Mitte aufspannen, dass die Integrit\u00e4t der H\u00fclle zerst\u00f6rt und so zum Tod des Bakteriums f\u00fchrt.<\/span><\/li>\n
  2. Das ringf\u00f6rmige-Modell ist \u00e4hnlich dem Fassdauben-Modell, wobei die Abwehrpeptide nicht nur in die H\u00fclle eindringen, sondern diese zu mehreren K\u00fcgelchen verformen und keine durchg\u00e4ngige H\u00fclle mehr vorliegt. Somit wird die Integrit\u00e4t zerst\u00f6rt und der Tod des Bakteriums herbeigef\u00fchrt.<\/span><\/li>\n
  3. Das Teppich-Modell unterliegt der Hypothese, dass eine Anhaftung der Abwehrpeptide auf der H\u00fclle der Bakterien mit einer dichten Anordnung, wodurch die H\u00fclle des Bakteriums nicht mehr ihre Funktionen erf\u00fcllen kann und das Bakterium schlussendlich abstirbt.<\/span><\/li>\n<\/ol>\n

    \"\"<\/span><\/p>\n

    Abbildung 2: Modelle der Wirkungsweise der Abwehrpeptide \u2013 Funktion analog wie Messer. Fassdauben-Modell: Die Peptide schneiden in die Membran der Bakterien und erzeugen eine \u00d6ffnung. Ringf\u00f6rmiges-Modell: Die Peptide lagern sich an den K\u00f6pfen der Membranmolek\u00fcle an und erzeugen somit eine \u00d6ffnung an der Membran. Teppich-Modell: Die Peptide lagern sich wie ein Teppich um die Membranmolek\u00fcle und zerlegt diese dabei in viele kleine Teile. Ver\u00e4ndert nach [4]<\/em><\/span><\/p>\n

    Mit tastender Nadel auf der Suche nach dem Bauplan<\/span><\/strong><\/p>\n

    Da die Abwehrpeptide aus vielen verschiedenen Bausteinen aufgebaut werden, die jeweils geringf\u00fcgig ihre Wirkung ver\u00e4ndern k\u00f6nnen, m\u00fcssen diese ausf\u00fchrlich erforscht werden. Eine H\u00fcrde f\u00fcr Forschende liegt darin, Abwehrpeptide so auf Oberfl\u00e4chen zu befestigen, dass sie weiterhin ihre Wirkung erf\u00fcllen k\u00f6nnen. So k\u00f6nnten Implantate und Katheter beschichtet werden, die das Wachstum von Biofilmen (Bakterienkolonien) verhindern.<\/span><\/p>\n

    An der Universit\u00e4t Bremen arbeiten Forschende mit einem Rasterkraftmikroskop an genau dieser Befestigungsfrage. In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Colombi Ciacchi werden dort Baupl\u00e4ne f\u00fcr Abwehrpeptide erforscht. [3]<\/span> Das Rasterkraftmikroskop hat eine tastende Nadel, die um ein Vielfaches kleiner ist als eine einzelne Zelle. An dieser k\u00f6nnen die Abwehrpeptide befestigt werden. Wird der Taster nun auf ein Bakterium gesetzt, kann die Interaktion in Form von Adh\u00e4sionskr\u00e4ften des Abwehrpeptids mit dem Bakterium beim Abl\u00f6sen untersucht und ausgewertet werden. Dabei wird befindet sich das Bakterium in einer Pufferl\u00f6sung, die das innere Milieu des K\u00f6rpers ersetzen soll. Auf diese Weise l\u00e4sst sich bestimmen, ob der Bauplan eines Abwehrpeptids f\u00fcr ein Bakterium geeignet ist oder nicht.<\/span><\/p>\n

    \"\"<\/span><\/p>\n

    Abbildung 3: Aufnahme von an einer Oberfl\u00e4che adsorbierten Peptiden mit einem Rasterkraftmikroskop. Funktionsprinzip des AFMs rechts dargestellt. Die Peptide sind die wei\u00dfen Forts\u00e4tze, auf des sonst makroskopisch gesehen glatten Oberfl\u00e4che.<\/em><\/span><\/p>\n

    Vielversprechendes Werkzeug der Medizin<\/span><\/strong><\/p>\n

    Zusammenfassend l\u00e4sst sich festhalten, dass Abwehrpeptide bei einer Vielzahl von Bakterien wirkungsvoll sein k\u00f6nnen. Wie Messer durchstechen sie die \u00e4u\u00dfere H\u00fclle der Bakterien und t\u00f6ten sie ab. F\u00fcr menschliche Zellen sind sie ungef\u00e4hrlich. Die Interaktion verschiedener Abwehrpeptide mit Bakterien kann in einem Rasterkraftmikroskop untersucht werden, sodass der bestm\u00f6gliche Bauplan f\u00fcr die Anwendung entwickelt werden kann. Momentan werden immer mehr neue solcher Abwehrpeptide in Pflanzen, Insekten und anderen Tieren gefunden, deren Potenzial noch unerforscht ist. [3]<\/span> Insgesamt sind Abwehrpeptide ein vielversprechendes Werkzeug f\u00fcr die Medizin, das hoffentlich bald zur Bek\u00e4mpfung von Bakterieninfektionen bei Implantaten und Kathetern zum Einsatz kommen wird.<\/span><\/p>\n

    Hat das Thema dein Interesse geweckt? \u2013 Dann erfahre mehr unter den folgenden Artikeln:<\/em><\/span><\/p>\n