Wissenschaftler der Universität Genf und der NTU Singapur haben eine neue Möglichkeit entdeckt, antibiotikaresistente Bakterien zu neutralisieren und so die Heilung chronischer Wunden zu fördern.
Die Behandlung chronischer Wunden stellt eine grosse Herausforderung für die Öffentliche Gesundheit dar, angefangen bei diabetischen Fussgeschwüren, von denen jedes Jahr weltweit etwa 18,6 Millionen Menschen betroffen sind. Ein Team der Universität Genf und der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur zeigt, wie ein häufiger Krankheitserreger, Enterococcus faecalis, die Wundheilung aktiv verhindert und wie die Neutralisierung dieses Prozesses - durch Blockierung der schädlichen Produkte, die dieses Bakterium erzeugt - die Hautzellen in die Lage versetzen kann, sich zu regenerieren und die Wunden zu verschliessen. Diese Ergebnisse werden in Science Advances veröffentlicht.
Chronische Wunden, die oft durch anhaltende Infektionen verschlimmert werden, heilen nur schwer, insbesondere bei Diabetikern, deren erhöhter Blutzuckerspiegel die Wundheilung verlangsamt. Diese Art von Wunden ist eine der Hauptursachen für Amputationen an den unteren Gliedmassen.
In einer aktuellen Studie enthüllt ein Team der Universität Genf und der NTU in Singapur, wie das weit verbreitete opportunistische Bakterium Enterococcus faecalis die Gewebereparatur aktiv blockiert. Die Wissenschaftler zeigen auch, dass es durch die Neutralisierung dieses Mechanismus möglich ist, die Fähigkeit der Hautzellen zur Regeneration wiederherzustellen, wodurch das Risiko von Komplikationen und Amputationen verringert wird.
Anstatt zu versuchen, das Bakterium mit Antibiotika zu eliminieren, können wir nun in Erwägung ziehen, die schädlichen Produkte, die es erzeugt, zu neutralisieren.
Unter der gemeinsamen Leitung von Guillaume Thibault, ausserordentlicher Professor an der School of Biological Sciences der NTU, und Kimberly Kline, ordentliche Professorin an der Abteilung für Mikrobiologie und Molekularmedizin der medizinischen Fakultät der Universität Genf sowie Mitglied des SCELSE - Singapore Centre for Environmental Life Sciences and Engineering, entdeckte das Team, dass das Bakterium kein herkömmliches Toxin verwendet, um die Wundheilung zu stören, sondern ein Produkt seines eigenen Stoffwechsels zweckentfremdet.
’E. faecalis nutzt einen bislang unerkannten Stoffwechselprozess, den sogenannten extrazellulären Elektronentransport (EET), der kontinuierlich Wasserstoffperoxid produziert, eine reaktive Sauerstoffspezies, die besonders aggressiv auf lebendes Gewebe wirkt’, erklärt Aaron Tan, Forscher am SCELSE und Erstautor der Studie.
Oxidativer Stress, der die Hautzellen lähmt
Wasserstoffperoxid, das häufig als industrielles Desinfektionsmittel und Bleichmittel verwendet wird, wird problematisch, wenn es direkt innerhalb einer infizierten Wunde erzeugt wird. Wissenschaftler haben gezeigt, dass diese Verbindung, die von Bakterien produziert wird, in den Keratinozyten - den Zellen, die für die Hautreparatur verantwortlich sind - erheblichen oxidativen Stress auslöst. Dieser Stress aktiviert einen zellulären Abwehrmechanismus, der mit falsch gefalteten Proteinen zusammenhängt, die Zellen schliesslich lähmt und sie daran hindert, zu wandern, um die Wunde zu schliessen.
Um die zentrale Rolle dieses Prozesses zu bestätigen, verwendeten die Wissenschaftler einen gentechnisch veränderten Stamm von E. faecalis, dem der EET-Signalweg fehlte. Das Ergebnis war, dass die Produktion von Wasserstoffperoxid stark zurückging und das Bakterium nicht mehr in der Lage war, die Wundheilung zu blockieren.
Das Team untersuchte dann, ob die Neutralisierung des Wasserstoffperoxids den Schaden rückgängig machen könnte. Durch die Behandlung der Hautzellen mit Katalase - einem natürlich vorkommenden antioxidativen Enzym, das Wasserstoffperoxid abbauen kann - reduzierte es den Zellstress und stellte die Fähigkeit der Zellen, zu wandern und das Gewebe zu reparieren, wieder her.
Auf dem Weg zu neuen therapeutischen Ansätzen
’Unsere Ergebnisse zeigen, dass es der Stoffwechsel des Bakteriums selbst ist, der die Waffe darstellt, eine überraschende und bisher unbekannte Entdeckung’, betont Guillaume Thibault. ’Anstatt zu versuchen, das Bakterium mit Antibiotika zu eliminieren - eine Strategie, die immer schwieriger wird und Resistenzen fördert - können wir nun in Betracht ziehen, die von ihm erzeugten schädlichen Produkte zu neutralisieren und so die Wundheilung wiederherzustellen.’
Die Studie stellt eine direkte Verbindung zwischen dem bakteriellen Stoffwechsel und der Dysfunktion der Wirtszellen her und ebnet den Weg für neue Behandlungsstrategien für chronische Wunden. Sie legt insbesondere nahe, dass mit Antioxidantien wie Katalase angereicherte Wundauflagen einen vielversprechenden Ansatz darstellen könnten. Diese Ergebnisse könnten letztendlich zu neuen Behandlungsmethoden für Patienten führen, die an nicht heilenden Wunden leiden, was eine grosse Herausforderung für die Öffentliche Gesundheit darstellt.
Diese Forschung wird veröffentlicht in
Science Advances
DOI: 10.1126/sciadv.aeb5297
