Antibiotikaresistenzen ein wachsendes Problem darstellen, haben Forscher an der medizinischen Fakultät der University of Virginia hochmoderne Computermodelle entwickelt, die es ermöglichen könnten, dass Medikamente zur Bekämpfung der Krankheit mit laserartiger Präzision nur bestimmte Bakterien in bestimmten Körperteilen angreifen.
Antibiotika töten Bakterien wahllos ab. Da diese Medikamente so häufig eingesetzt werden, entwickeln immer mehr gefährliche Keime Resistenzen und bedrohen damit eine der wichtigsten Waffen der modernen Medizin gegen Krankheiten.
Der neue Ansatz von UVA hingegen würde die Häufigkeit, mit der Bakterien Antibiotika ausgesetzt werden, drastisch reduzieren und so die Wahrscheinlichkeit verringern, dass sie gegen Antibiotika resistent werden. Darüber hinaus wäre dieser Ansatz ein bedeutender Fortschritt für die Präzisionsmedizin, da Ärzte die Behandlung besser auf die Bedürfnisse einzelner Patienten abstimmen könnten. Anstatt ein Antibiotikum einzunehmen, das Bakterien tötet, unabhängig davon, ob es hilfreich oder schädlich ist, könnten Patienten Antibiotika erhalten, die auf bestimmte Bakterien abzielen, die ein bestimmtes Problem in einem bestimmten Bereich des Körpers verursachen.
„Viele biomedizinische Herausforderungen sind unglaublich komplex und Computermodelle erweisen sich als leistungsfähiges Werkzeug zur Bewältigung solcher Probleme“, sagte der Forscher Jason Papin, PhD, von der Abteilung für Biomedizintechnik der UVA. „Wir hoffen, dass diese Computermodelle der molekularen Netzwerke in Bakterien uns helfen werden, neue Strategien zur Behandlung von Infektionen zu entwickeln.“
Der neue Ansatz der UVA wurde durch eine herkulische Anstrengung von Papin, der Doktorandin Emma Glass und ihren Mitarbeitern möglich. In Zusammenarbeit mit Dr. Andrew Warren vom Biocomplexity Institute der UVA entwickelten die Forscher in Papins Labor anspruchsvolle Computermodelle aller menschlichen bakteriellen Krankheitserreger mit ausreichend verfügbaren genetischen Informationen.
Glass analysierte dann alle diese Modelle und identifizierte gemeinsame Merkmale der Bakterien. Diese Analyse führte zu der Entdeckung, dass Bakterien in bestimmten Teilen des Körpers, wie etwa dem Magen, tendenziell gemeinsame Stoffwechseleigenschaften aufweisen. Im Grunde bestimmt ihr Lebensraum, wie sie funktionieren.
„Mithilfe unserer Computermodelle haben wir herausgefunden, dass die im Magen lebenden Bakterien einzigartige Eigenschaften haben“, sagte Glass. „Diese Eigenschaften können zur Entwicklung gezielter Antibiotika genutzt werden, die hoffentlich eines Tages die Entstehung resistenter Infektionen verlangsamen könnten.“
Die Ähnlichkeiten zwischen den Mikroben an verschiedenen Orten könnten die Achillesferse für schädliche Bakterien in unserem Körper sein. Durch weitere Forschung könnten Ärzte in der Lage sein, bestimmte Bakterienarten in bestimmten Bereichen gezielt zu bekämpfen und so den Bedarf an Breitbandantibiotika zu verringern.
Papin und sein Team haben ihren Computermodellierungsansatz bereits getestet und festgestellt, dass sie in Laborexperimenten das Wachstum schädlicher Magenbakterien hemmen konnten. Das ist ein vielversprechendes Zeichen für das zukünftige Potenzial ihres Computermodellierungsansatzes.
Credits:
Dan Addison | Universitätskommunikation
