Viele Bakterien produzieren Substanzen, um sich in ihrer stark umkämpften natürlichen Umgebung einen Vorteil gegenüber der Konkurrenz zu verschaffen. Forscher des Universitätsklinikums Bonn (UKB), der Universität Bonn und des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung (DZIF) haben ein neues sogenanntes Lantibiotikum entdeckt, nämlich Epilancin A37. Es wird von Staphylokokken produziert, die die Haut besiedeln und wirkt dort gezielt gegen ihre Hauptkonkurrenten, die Corynebakterien. Diese Spezifität wird vermutlich durch einen ganz besonderen Wirkmechanismus vermittelt, den die Forscher im Detail entschlüsseln konnten. Ihre Ergebnisse wurden jetzt im ISME Journal veröffentlicht.
Aufgrund zunehmender Antibiotikaresistenzen bei Infektionserregern ist die Entwicklung neuer antibakterieller Substanzen wichtig. Die Hoffnungen liegen auf einer neuen Stoffgruppe grampositiver Bakterien, den Lantibiotika. Dabei handelt es sich um antimikrobielle Peptide, die oft ein sehr enges Wirkungsspektrum aufweisen. „Solche Verbindungen sind aus medizinischer Sicht hochinteressant, da sie gezielt einzelne Organismengruppen angreifen könnten, ohne die gesamte Bakterienflora zu beeinträchtigen, wie es beispielsweise bei Breitbandantibiotika der Fall ist“, sagt korrespondierender Autor Dr. Fabian Grein , bis vor Kurzem Leiter der DZIF-Forschungsgruppe „Bakterielle Interferenz“ am Institut für Pharmazeutische Mikrobiologie am UKB und Mitglied des Transdisziplinären Forschungsbereichs (TRA) „Leben & Gesundheit“ an der Universität Bonn.
Das UKB-Forschungsteam um Fabian Grein und Tanja Schneider hat nun gemeinsam mit dem Team um Ulrich Kubitscheck, Professor für Biophysikalische Chemie an der Universität Bonn, ein neues Lantibiotikum entdeckt, nämlich Epilancin A37. Es wird von Staphylokokken produziert, die typische Besiedler der Haut und Schleimhäute sind. Über diese antimikrobiellen Peptide ist wenig bekannt. „Wir konnten zeigen, dass Epilancine in Staphylokokken weit verbreitet sind, was ihre ökologische Bedeutung unterstreicht“, sagt Erstautor Jan-Samuel Puls, Doktorand der Universität Bonn am Institut für Pharmazeutische Mikrobiologie des UKB. Denn Staphylokokken und Corynebakterien sind wichtige Gattungen der menschlichen Mikrobiota – also der Gesamtheit aller Mikroorganismen wie Bakterien und Viren – in Nase und Haut, die eng mit Gesundheit und Krankheit verbunden sind. Die Notwendigkeit, eine solche Verbindung herzustellen, weist auf eine ausgeprägte Konkurrenz zwischen den Arten hin. Die Forscher konnten zeigen, dass das neu entdeckte Epilancin A37 sehr spezifisch gegen Corynebakterien wirkt, die zu den Hauptkonkurrenten von Staphylokokken innerhalb des Hautmikrobioms zählen.
„Diese Spezifität wird vermutlich durch einen ganz besonderen Wirkmechanismus vermittelt, den wir im Detail entschlüsseln konnten“, sagt Grein. Epilancin A37 dringt in die Corynebakterienzelle ein, zunächst ohne diese zu zerstören. Die antimikrobiellen Peptide reichern sich in der Zelle an und lösen dann die Zellmembran von innen auf, wodurch das Corynebakterium abgetötet wird. Co-Autor Dr. Thomas Fließwasser vom Institut für Pharmazeutische Mikrobiologie am UKB, Postdoktorand an der Universität Bonn und kommissarischer Leiter der DZIF-Forschungsgruppe „Bakterielle Interferenz“ ergänzt: „Unsere Studie zeigt, wie ein spezifischer Wirkmechanismus aussehen kann.“ Es dient uns daher als ‚Proof of Concept‘, um gezielt eine einzelne Bakterienart zu bekämpfen.“
Dieses Projekt wurde gefördert durch das Deutsche Zentrum für Infektionsforschung und den Transregio SFB TRR 261 „Antibiotic CellMAP“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft.
Puls JS, Winnerling B, Power JJ, Krüger AM, Brajtenbach D, Johnson M, Bilici K, Camus L, Fließwasser T, Schneider T, Sahl HG, Ghosal D, Kubitscheck U, Heilbronner S, Grein F.
Staphylococcus epidermidis-Bakteriocin A37 tötet natürliche Konkurrenten mit einem einzigartigen Wirkmechanismus.
ISME J. 8. Jan. 2024;18(1):wrae044. doi: 10.1093/ismejo/wrae0440
