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MHH-Biochemiker forscht an Alternativen zu Antibiotika und erhält zwei Millionen Euro von der Europäischen Union
Bekommt unser Immunsystem eine bakterielle Infektion nicht in den Griff, helfen Antibiotika. Doch immer mehr Bakterien werden resistent gegen die Behandlung. Die Zahl der daraus erfolgten Todesfälle lag im Jahr 2021 weltweit bei mehr als 1,1 Millionen. Bis 2050 werden voraussichtlich weltweit acht bis zehn Millionen Menschen pro Jahr aufgrund von Antibiotikaresistenzen sterben. Zu den kritischen Krankheitserregern zählt die Weltgesundheitsorganisation (WHO) unter anderem die Darmbakterien der Gattung Enterococcus und Escherichia coli. Mit diesen beschäftigt sich ein Forschungsteam um Dr. Timm Fiebig, Leiter der Arbeitsgruppe „Mikrobielle Glykobiochemie und Impfstoffentwicklung“ am Institut für Klinische Biochemie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) und nimmt dabei die sogenannten Kapselpolymere in den Blick. Sie bestehen aus unterschiedlichen Kombinationen vieler Zucker und umgeben die Bakterien als schützende Hülle. Dadurch machen sie diese für das Immunsystem unsichtbar und bilden gleichzeitig eine Barriere für bestimmte Antibiotika.
In seinem Projekt BESPOKE möchte Dr. Fiebig die vielfältigen Polymerstrukturen entschlüsseln. So hofft er, bislang unbekannte Ansätze für neue Glykokonjugat-Impfstoffe zu finden, welche die Zuckerpolymere der verschiedenen Kapselvarianten enthalten und das Immunsystem auf diese Antigene trainieren. Der Europäische Forschungsrat (European Research Council, ERC) fördert das Vorhaben mit einem Consolidator Grant für fünf Jahre mit rund zwei Millionen Euro. Die vom ERC verliehenen Grants genießen innerhalb der Wissenschaft ein hohes Ansehen. Mit dem Consolidator Grant unterstützt der ERC Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die bereits erste exzellente Forschungsleistungen erbracht haben.
Viele Polymervarianten
Während einige Stämme von Enterococcus und Escherichia coli (E. coli) nützlich sind, verursachen pathogene Varianten schweren Durchfall, Bauchschmerzen, Harnwegsinfektionen und Blutvergiftung. Gelangen sie über das Blut in andere Körperregionen, können sie dort ernste Infektionen hervorrufen – etwa Hirnhautentzündung. „Wir möchten in unserem Projekt etwas mehr Licht auf die Bakterienoberflächen werfen und untersuchen, welche unterschiedlichen Polymerstrukturen es gibt“, erklärt Dr. Fiebig. Und das könnten sehr viele sein. Bis dato sind 33 E.coli-Oberflächenstrukturen bekannt, aber neue Studien legen nahe, dass um die 100 verschiedene Strukturen existieren müssen. Neben Vielfalt, Struktur und Identität der Zelloberflächenpolymere, wollen die Forschenden auch untersuchen, wie diese Polymere die biologische Nische bestimmen, in der sich ein Bakterienstamm ansiedelt, oder die Art der Infektion, die er verursacht. Außerdem wollen sie herausfinden, welche Polymere einen Hinweis geben, ob ein Stamm zu den nützlichen oder zu den schädlichen Bakterien gehört.
Suche nach beteiligten Enzymen
Was so schlüssig klingt, erfordert viel wissenschaftliche Detektivarbeit. Denn zunächst müssen sich die Forschenden anschauen, welche Gene im Bakteriengenom auf die Biosynthese der verschiedenen Kapselpolymere Einfluss haben könnten. „Das ist gar nicht so einfach, denn die DNA enthält ja die Information für Proteine, nicht aber für Zuckerverbindungen“, sagt Dr. Fiebig. Das Team muss daher herausfinden, welche in der DNA festgeschriebenen Enzyme für die Entstehung der Zuckerpolymere eine Rolle spielen. „Aber auch hier gibt es verschiedene Möglichkeiten, weil eine bestimmte ,Enzymart‘ für die Biosynthese von mehreren verschiedenen Zuckerpolymeren verantwortlich sein kann“, gibt der Biochemiker zu bedenken. Um die Suche etwas zu erleichtern, beschäftigt sich das Forschungsteam daher vor allem mit dem Erbgut von Bakterien, die aus Patientinnen und Patienten isoliert wurden. Das umfangreiche Probenmaterial stammt aus dem MHH-Institut für Medizinische Mikrobiologie und Krankenhaushygiene sowie dem TWINCORE Zentrum für Experimentelle und Klinische Infektionsforschung, welche die Bakteriengenome in einer speziellen Datenbank sammeln, auf die Dr. Fiebig und sein Team zugreifen können. So wollen sie die strukturelle Vielfalt der Zuckerverbindungen aufklären, denen das menschliche Immunsystem bei verschiedenen Arten von Infektionen ausgesetzt ist.
Impfstoffe ohne Bakterien herstellen
Langfristiges Ziel des BESPOKE-Projektes ist es, eine Art Steckbrief für die Polymere zu erstellen. „Aus geeigneten Kandidaten könnten wir dann einen Impfstoff erzeugen“, erklärt Dr. Fiebig. Und das geht sozusagen erregerfrei. „Die Aufklärung des Biosyntheseweges ermöglicht die elegante Herstellung von Impfstoffantigenen aus weithin verfügbaren und kostengünstigen Vorstufen in einem Standardlabor, ohne dafür gefährliche Bakterien in Bioreaktoren züchten zu müssen“, sagt Dr. Fiebig. Diese Enzymfabrik kann im Reagenzglas unter sicheren Bedingungen nachgebaut werden. Im Labormaßstab ist das Dr. Fiebig und seiner Arbeitsgruppe bereits mit einem Impfstoffkandidaten gegen das Bakterium Haemophilus influenzae Typ b (Hib) gelungen, das Infektionen der oberen und unteren Atemwege verursacht, aber auch schwerwiegendere Erkrankungen wie Mittelohrentzündung, Hirnhautentzündung (Meningitis) oder Blutvergiftung (Sepsis) auslöst. „Wir wollen in den kommenden Jahren eine vielseitige ,Werkzeugkiste‘ für die Synthese von Glykokonjugat-Impfstoffen gegen bakterielle Infektionen aufbauen, die zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen beitragen und eine schnelle Reaktion auf bakterielle Infektionen ermöglichen.“
Weitere Informationen erhalten Sie bei Dr. Timm Fiebig, fiebig.timm@mh-hannover.de, Telefon (0511) 532-5212.
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Erforscht die Vielfalt der bakteriellen Zuckerhüllen: Biochemiker Dr. Timm Fiebig
Copyright: Karin Kaiser/MHH
Merkmale dieser Pressemitteilung:
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Erforscht die Vielfalt der bakteriellen Zuckerhüllen: Biochemiker Dr. Timm Fiebig
Copyright: Karin Kaiser/MHH
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