Neues aus der Wissenschaft: Mikrozine

[Bernie]

Mikrozine: Die kleinen Keim-Killer

Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln sich immer schneller – Abhilfe könnten antibakteriell wirkende Mikrozine schaffen. Ein wenig Forschung ist noch nötig und dann: egal ob als Probiotikum oder gezielt gegen EHEC, alles scheint möglich.
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Studie PLoS ONE
TUD
Kürzlich wurde in einem E. coli-Stamm das weltweit 15. Mikrozin entdeckt. Mikrozine sind sehr kleine Proteine oder Peptide (etwa 7 bis 10 kDa), die antibakteriell wirken. Sie werden von Gram negativen Enterobakterien, vorwiegend E. coli, gebildet. Jedes Mikrozin wirkt speziell auf einige sensible Stämme konkurrierender Bakterien. „Unsere Forschung gibt beispielsweise Hinweise darauf, dass der 2011 aktiv gewesene EHEC-Stamm durch unser neu entdecktes Mikrozin S wirkungsvoll bekämpft wird“, erläutert Prof. Florian Gunzer, stellvertretender Direktor des Instituts für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene an der Medizinischen Fakultät Carl Gustav Carus der Technischen Universität Dresden und Leiter der Studie.
Über die Wirkweise der Mikrozine und wie sie ihre Funktion entfalten ist bisher nur sehr wenig bekannt. Andere antibakteriell wirksame Proteine, wie beispielsweise Lantibiotika oder Colicine, sind etwas besser erforscht. Auch strukturell sind Mikrozine sehr unterschiedlich, so dass eine Suche nach homologen Strukturelementen oftmals erfolglos bleibt. Eine weitere Schwierigkeit bei der Erforschung der Mikrozine ist ihre Größe. Mit gerade einmal wenigen 100 Basenpaaren werden die Gene dieser Winzlinge häufig von den Assemblierungstools bei einer Sequenzierung des Genoms aussortiert. Ebenso ging es den Wissenschaftlern um Prof. Florian Gunzer. Bei der Untersuchung der sechs im probiotischen Arzneimittel Symbioflor 2 enthaltenen E. coli-Stämme entdeckten sie, dass E. coli G3/10 andere krankheitserregende Bakterien am Wachstum hindern kann. Über verschiedene andere genetische Untersuchungen und die explizite Suche nach einem aufgrund der Vorergebnisse vermuteten Mikrozin, identifizierten sie schließlich das Mikrozin S getaufte Protein und die für die Wirkung notwendigen anderen Proteine.

Nun geht die Arbeit für die Wissenschaftler aber erst richtig los. Bisher gibt es weder ein einfaches Testverfahren, um zu bestimmen welche Stämme sensibel reagieren, noch ist bekannt, wie das kleine Protein wirkt. Vermutet wird, dass eine Veränderung des Membranpotentials bei dem empfänglichen Stamm induziert wird. Von anderen antibakteriell wirkenden Proteinen, z.B. den Bakterizinen und Colicinen, weiß man, dass es verschiedene Wirkweisen gibt. Manche Proteine führen dazu, dass sich Poren in der Zellwand bilden, durch die Ionen unkontrolliert ausströmen und die Zelle irgendwann kaputt geht. Andere Colicine fungieren als Nukleasen, also Nukleinsäure-abbauende Enzyme im Zytoplasma des Bakteriums. Ob es diese Mechanismen auch bei Mikrozinen gibt, weiß man noch nicht. Ebenfalls unklar ist noch, ob sich auch gegen die Zwerge unter den antibiotisch wirksamen Proteinen Resistenzen entwickeln können. Prof. Gunzer geht davon aus, dass es sich bei den Mikrozinen um ein robustes und evolutorisch möglicherweise altes System handelt. Er hält es prinzipiell für möglich, dass sich Resistenzen entwickeln können: „Im Moment wissen wir noch nicht, ob unsensible Stämme primär vor der Wirkung geschützt sind, oder ob sie sich sekundär entwickelt hat. Möglichkeiten einer Resistenzbildung müssen in Zukunft noch untersucht werden.“
Extrem vielseitig: Antibiotika-Ersatz, Probiotika und Kuhfutter
Generell sind Mikrozine und andere antibakteriell wirksame Proteine als potentieller Antibiotika-Ersatz interessant. Dazu braucht es aber neben der Kenntnis des Funktionsmechanismus auch noch detailliertes Wissen über die Spezifität der einzelnen Proteine und mögliche Herstellungswege. Da Mikrozine von den Bakterien nur unter bestimmten Bedingungen und auch nur in kleinen Mengen erzeugt werden, sind auch hier die Wissenschaftler mit Ideenreichtum und Ausdauer gefordert.
Die Erkenntnisse von Prof. Gunzer und seinen Kollegen setzen das Arzneimittel Symbioflor 2 in einen neuen Kontext. Der Mikrozinbildner E. coli G3/10 unterstreicht den probiotischen Nutzen. Er hat die Möglichkeit, konkurrierende, möglicherweise pathogene Begleitflora zu eliminieren und sich selbst zu etablieren, um positive Eigenschaften zu entfalten. Ob es damit gelingt, Pathogene so weit zurück zu drängen, dass sich eine gesunde Darmflora stabilisieren kann, weiß man allerdings noch nicht. Das zu untersuchen ist aber in jedem Fall interessant, denn wenn es gelänge, ein Pathogen wie EHEC allein durch die Gabe einer großen Anzahl an mikrozinbildenden Bakterien zu verdrängen, wäre das eine mögliche Therapie. Prof. Gunzer hat noch eine ganz andere Idee im Kopf: Vielleicht ist es ja möglich, den Mikorzinbildner E. coli G3/10 oder ein probiotisches Präparat mit dem Mikrozin S produzierenden E. coli als einem aktiven Bestandteil ins Futter von Rindern zu mischen, um die Rinderbestände EHEC-frei oder zumindest EHEC-saniert zu bekommen. Das wäre geschickter Schachzug, um die Verbreitung der Erreger drastisch zu verringern und Ausbrüche wie im Jahr 2011 zu verhindern.

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