Antibiotika sind die wichtigsten Medikamente im Kampf gegen bakterielle Infektionen. Früher gefürchtete Krankheiten wie die Lungenentzündung oder Scharlach lassen sich mit ihnen in der Regel gut therapieren. Doch die Einnahme von Antibiotika hat auch Nebenwirkungen: Neben den Krankheitserregern greifen sie auch die für Verdauung und Nährstoffaufnahme unverzichtbare natürliche Bakteriengemeinschaft im Darm an. Diesen Kahlschlag überleben nur antibiotika-resistente Darmbakterien. Sie können sich dann massenhaft vermehren und beispielsweise Durchfälle verursachen.
Das Bakterium Clostridium difficile ist solch ein Mikroorganismus. Es ist der Hauptverursacher von pseudomembranöser Kolitis (PMC). Bei einer Therapie mit Breitbandantibiotika kann Clostridium difficile Bauchschmerzen und schwere Durchfälle bis hin zum Tod verursachen. In einem europäischen Konsortium klären Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig jetzt Bau und Funktion des Bakteriums auf. Mit diesem Wissen wollen sie neue Ansätze für die Therapie der PMC entwickeln.
Die Forscher gehen dabei nach der Methode „zerlegen, messen, simulieren“ vor – etwa so, als wenn ein Computer-Benutzer die Aufgabe bekommt, einen Bauplan seines Rechners zu zeichnen. Dafür darf er nur einen Schraubenzieher und ein sehr empfindliches Messgerät für elektrische Ströme benutzen. Außerdem kann er, wenn er das Gerät zerlegt und seine elektronischen Bauteile durchgemessen hat, an einem anderen Computer simulieren, wie der eigene PC funktioniert.
Zu schwierig? Nicht für Systembiologen wie den HZI-Wissenschaftler Vítor Martins dos Santos: „Wir werden Clostridium difficile zu Leibe rücken, indem wir uns mit modernen Labormethoden vom groben Überblick immer weiter an die Details heranarbeiten.“ Zunächst wollen die Wissenschaftler deshalb beispielsweise einen kompletten Überblick darüber gewinnen, aus welchen Proteinen das Bakterium aufgebaut ist und wie diese zusammenwirken. Dann untersuchen sie, welche Stoffwechselprozesse in der Zelle ablaufen, welche Proteine daran beteiligt sind und welche Gene diese Abläufe steuern. „So bekommen wir immer mehr Informationen über die Zusammensetzung und Funktion der Zelle“, sagt Martins dos Santos: „Alle diese Daten werden wir mit Computern systembiologisch auswerten. Dadurch kommen wir zu rechnergestützten Modellen, die uns die komplexen Netzwerke auf den Ebenen der Gene, des Stoffwechsels und der Gesamtheit der Proteine in Clostridium darstellen.“
Die Wissenschaftler des Konsortiums erhoffen sich vom Zerlegen und virtuellen Zusammensetzen des Bakteriums Hinweise darauf, wo neue Medikamente beispielsweise gegen PMC ansetzen können. Martins dos Santos: „Bei unserer Analyse finden wir die zentralen Schaltstellen, an denen alle Prozesse im Bakterium zusammenlaufen. Wenn es uns anschließend gelingt, diese zu blockieren, hätten wir einen möglichen Wirkstoff gegen PMC in der Hand.“
Projekt-Hinweise:
Titel des Projekts:
METAGUT: Development, prevention and early diagnostic detection of Clostridium difficile associated colitis – an interdisciplinary network
Partner:
Dr. Stephan Ott (Koordinator), Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Kiel, Deutschland.
Dr. Vítor Martins dos Santos, System- und Synthetische Biologie (HZI), Braunschweig, Deutschland.
Dr. Manuel Ferrer, Institut für Katalyse (CSIC), Madrid, Spanien.
Prof. Andrés Moya, Cavanilles Institut für Biodiversität und Evolutionsbiologie, Valencia, Spanien.
Dr. Laia Pedrola, Lifesequencing SA, Valencia, Spanien.
Dr. Bernhard Ronacher, Anagnostics GmbH, Linz, Österreich.
Dr. Miguel Godinho, Lifewizz Lda, Porto, Portugal.
Förderer: BMBF (ERA-NET PathoGenoMics)
