Neues Impfstoffkonzept bekämpft schädliche Bakterien im Darm

Das Thema Darmbakterien ist komplex. Auf der einen Seite sind wir von den Mikroorganismen abhängig, weil sie diejenigen sind, die die Nahrung in unserem Darm verdauen. Andererseits gibt es auch zahlreiche Krankheitserreger unter den Bakterien. Einige dieser Erreger können Durchfall verursachen, während es bei anderen von den Umständen abhängt: Sie können lange unbemerkt im Darm leben, aber sie werden gefährlich, wenn das Immunsystem geschwächt ist, die Darmwand beschädigt ist oder sie über Wunden ins Blut gelangen. Dies kann zu Blutvergiftungen oder lebensbedrohlichen Entzündungen der Organe führen.

Seit langem untersuchen Wissenschaftler Impfstoffe gegen pathogene Mikroben im Darm – insbesondere solche, gegen die Antibiotika aufgrund von Resistenzen unwirksam geworden sind. Das ist jedoch keine einfache Aufgabe, da das Immunsystem des Darms anders funktioniert als das des übrigen Körpers und die Wissenschaft muss das Darm-Immunsystem noch vollständig entschlüsseln.

Eine effektive Kombination

Emma Slack, Professorin an der ETH Zürich und Sir William Dunn School of Pathology der Universität Oxford, forscht in diesem Bereich. Zusammen mit Médéric Diard, Professorin am Biozentrum der Universität Basel, und einem internationalen Forscherteam hat sie nun gezeigt, wie hochwirksame orale Impfungen gegen Darmerreger formuliert werden können: nämlich nicht nur die Impfstoffverabreichung, sondern auch die Kombination mit harmlosen Bakterien, die mit den pathogenen Mikroben um Nahrung konkurrieren. Die Forscher zeigten dies in einer Studie an Mäusen, die sie in der Zeitschrift Science veröffentlicht haben.

Mit ihrem kombinierten Ansatz konnten die Forscher nicht nur die Besiedlung mit Salmonellen bei den Mäusen verhindern, sondern auch die bereits etablierten E. coli-Bakterien wirksam bekämpfen. In beiden Fällen hatten die Impfung oder die harmlosen Bakterien allein einen deutlich geringeren Einfluss.

Damit die rivalisierenden Stämme erfolgreich mit den pathogenen Mikroben konkurrieren können, ist es wichtig, dass sie unter Bedingungen wachsen, die so ähnlich wie möglich sind, d.h. sie müssen im selben Abschnitt des Darms leben, mit der gleichen Säure und dem gleichen Sauerstoffgehalt fertig werden und die gleichen Nährstoffe verwenden.

Die Forscher wählten oder produzierten entsprechende Wettbewerbsstiver. Im Rahmen der Studie zeigten sie im Labor, dass es möglich ist, mit Hilfe der Gentechnik einen hochwirksamen Salmonellen-Konkurrenten-Stamm zu produzieren. Dies kann aber auch ohne Gentechnik geschehen, wenn natürlich vorkommende Stämme gekonnt ausgewählt und kombiniert werden, wie die Forscher mit einer Mischung aus drei natürlich vorkommenden Stämmen von E. coli demonstrierten.

„Wie Gartenarbeit“

„Obwohl wir pathogene Bakterien mit einem Impfstoff dezimieren können, brauchen wir harmlose Mikroorganismen, um die resultierende Nische im Darmökosystem zu füllen, um langfristigen Erfolg zu erzielen“, erklärt Slack. „Es ist wie Gartenarbeit. Wer Unkraut in einem Gartenbereich vermeiden will, muss dort nach dem Jäten andere Pflanzen pflanzen. Wenn man den Boden leer lässt, wird das Unkraut einfach nachwachsen.“

Wie frühere Studien gezeigt haben, umfasst die Darmflora einiger Menschen natürlich bakterielle Stämme, die mit pathogenen Bakterien konkurrieren und sie daher in Schach halten. Bei diesen Personen haben die Impfungen gegen Darmerreger bereits gut funktioniert. Durch die Verabreichung der Konkurrenz mit der Impfung als Teil des neuen Ansatzes kann es möglich sein, einen wirksamen Schutz auch bei Menschen zu erreichen, die keine solchen Konkurrenzsorten haben.

Reduzierung des Antibiotika-Einsatzes

Ein großer Vorteil des neuen Ansatzes ist, dass er pathogene Bakterien ohne Antibiotika verdrängt. Es wirkt auch gegen antibiotikaresistente Keime, die zu einem zunehmenden Gesundheitsproblem werden.

Mit dem neuen Ansatz könnten pathogene oder sogar antibiotikaresistente Bakterien im Darm der Patienten vor chirurgischen Eingriffen eliminiert werden. Dies wäre besonders wichtig bei Organtransplantationen, zum Beispiel bei Patienten, die Immunsuppressiva einnehmen müssen. Die Forscher betonen, dass dies den Weg für eine Reduzierung des Einsatzes von Antibiotika ebnen würde.

Dieser Ansatz könnte auch vor Reisen in ferne Länder nützlich sein, in denen Bakterienstämme zirkulieren, auf die das Immunsystem nicht vorbereitet ist. „Je erfolgreicher wir bei der Dezimierung schädlicher und antibiotikaresistenter Stämme in der Bevölkerung sind, desto besser ist es für die Gesundheit aller“, sagt Slack.

Eines Tages können die Menschen beispielsweise eine Kapsel schlucken, die den Impfstoff und die Konkurrentenbakterien enthält. Es bedarf jedoch weiterer Forschung, bevor dieser Ansatz beim Menschen angewendet werden kann. In der aktuellen Studie zeigten die Wissenschaftler, dass es möglich war, sie aus dem Darm zu verdrängen. Die große Aufgabe der Forscher ist es nun, ihre Ergebnisse auf klinisch relevante mikrobielle Stämme – wie auch auf Menschen – anzuwenden.

Möglich wurde diese Forschung durch die finanzielle Unterstützung der Basel Forschungszentrum für Kindergesundheit und des Nationalen Kompetenzzentrums Forschung (NCCR)  „Microbiomes“ des Schweizerischen Nationalfonds, sowie einen Konsolidiererzuschuss vom Europäischen Forschungsrat (ERC) an Emma Slack.

Übersetzt mit Google Translator.