Zehntausende Phagenarten bewohnen den Darm jedes Menschen

Nach der Analyse von menschlichen Fäkalien identifizierten die Wissenschaftler 54.118 Arten von Viren, von denen sich die meisten als Bakterienviren – Bakteriophagen – herausstellten

In letzter Zeit wächst das Interesse von Wissenschaftlern an der menschlichen Mikrobiota – Mikroorganismen, die auf unserer Haut und Schleimhäuten leben und einen erheblichen Einfluss auf unsere Gesundheit haben. Die vielleicht größte Menge der symbiotischen Flora lebt im menschlichen Darm: Sie ist an der Nahrungsverdauung, dem Schutz vor Krankheitserregern, der Reifung des Immunsystems und der Modulation seiner Aktivität beteiligt und beeinflusst sogar die höhere Nervenaktivität.

Heute ist die menschliche Darmmikrobiota das am besten untersuchte mikrobielle Ökosystem der Welt, obwohl bisher mehr als 70 % der Bakterienarten nicht in Kultur im Labor gezüchtet wurden. Dies ist dank der Verwendung von Methoden der Metagenomik bekannt – genetische Analyse von Material, das aus einer bestimmten Umgebung gewonnen wurde. Die Sequenz der gesamten DNA eines solchen Materials liefert einen sofortigen „Schnappschuss“ aller Lebewesen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Probe auftauchten. Die Metagenomik hat gezeigt, wie weit die moderne Wissenschaft davon entfernt ist, alle Darmbakterien zu identifizieren und zu isolieren, und noch weiter vom Verständnis von Darmviren.

Wissenschaftler verwendeten Computerprogramme, um 11.810 Metagenome von Stuhlproben von Menschen aus 24 Ländern zu analysieren *. Ihr Ziel war es, zu bestimmen, welcher Anteil der Genome von Darmbewohnern Viren sind. Das Ergebnis der Studie war die Erstellung des Metagenomic-Gut-Virus-Katalogs, der bis heute die umfangreichste Ressource dieser Art ist. Der Katalog enthält 189 680 virale Genome, die mehr als 50 000 Virusarten repräsentieren. Interessanterweise sind mehr als 90% von ihnen der Wissenschaft unbekannt. Zusammen kodieren sie mehr als 450 Tausend verschiedene Proteine, die für Bakterien nützlich oder schädlich sein können und dementsprechend die eine oder andere Wirkung auf den Menschen haben können.

Das häufigste genetische Element in den analysierten Phagengenomen sind die sogenannten Diversity-Generating Retroelements (DGRs). Sie verursachen Mutationen in bestimmten Zielgenen, um im evolutionären Wettlauf mit den Wirtsbakterien möglichst viele Varianten für die ständige Auswahl der Optimalen zu schaffen.

Nach der Identifizierung mussten die Phagen mit den Wirtsbakterien assoziiert werden. Dazu nutzten die Wissenschaftler die Funktionen des CRISPR-Systems – eine Art bakterielles Immunsystem, das sich an Virusinfektionen „erinnert“ und deren Wiederauftreten verhindert. Bakterien kopieren und speichern Fragmente viraler Gene in ihrem eigenen Genom, um das Virus im Falle einer erneuten Invasion zu erkennen und zu zerstören. Diese Kopien können erkennen, welche Phagenbakterien der Wirt im Darmökosystem sind.

Natürlich wurden die häufigsten Virenarten im Darm mit den häufigsten Bakterienarten in diesem Ökosystem in Verbindung gebracht – hauptsächlich Vertreter der Typen Firmicutes und Bacteroidota.

Was nützt die Darmvirusforschung? Ein sehr vielversprechendes Anwendungsgebiet der gewonnenen Informationen ist die Phagentherapie, nämlich die gezielte Beeinflussung der menschlichen Mikrobiota mit Hilfe von Bakteriophagen. Wenn Ernährung, Antibiotika, Probiotika, Präbiotika und andere moderne Ansätze eine allgemeine unspezifische Wirkung auf die Mikrobiota haben, kann die Phagotherapie eine subtile Modellierung ihrer Zusammensetzung bieten. Phagen können beispielsweise eine wirksame Behandlung einer Clostridioides-difficile- Infektion sein , die sich hauptsächlich als Folge einer langfristigen Antibiotikatherapie entwickelt.

Obwohl die Autoren bereits über eine Fülle von Informationen über Viren verfügen, die Bestandteile der normalen menschlichen Darmmikrobiota sind, geben sie zu, dass sie nur einen kleinen Teil dieses riesigen „Universums“ „kennengelernt“ haben und es noch ein langer Weg ist um ein vollständiges Bild zu erhalten.

* Nayfach S, Páez-Espino D, Call L et al. Metagenomisches Kompendium von 189.680 DNA-Viren aus dem menschlichen Darmmikrobiom. Nat. Mikrobiol, 2021; 6: 960-970. https://doi.org/10.1038/s41564-021-00928-6

Klinische Studien zur Phagentherapie bei Harnwegsinfektionen haben begonnen

In den USA haben klinische Studien der Phase I/II begonnen, um die Wirksamkeit und Sicherheit personalisierter Phagenpräparate bei Patienten mit Harnwegsinfektionen (HWI) durch multiresistente Bakterien zu bewerten. Die Tests wurden von Adaptive Phage Therapeutics (USA) mit der eigenen ständig wachsenden Phagenbibliothek PhageBank ™ . initiiert

Diese multizentrische klinische Studie ist die erste, bei der Phagenpräparate aus der PhageBank™-Bibliothek intravenös (IV) oder in Form von Instillationen in die Blase verabreicht werden.

PhageBank ™ ist eine ständig wachsende Bakteriophagenbibliothek, die von Mayo Clinic Laboratories betrieben wird. Die Bibliothek ist eine integrierte Logistikplattform, die spezifisch für ein bestimmtes pathogenes Bakterium spezifische Phagen selektiert und zur Therapie nach Bedarf bereitstellt.

Zuvor wurden Phagen-Medikamente der PhageBank™ bei 40 Patienten als „experimentelle Medikamente“ erfolgreich eingesetzt. UTI ist die erste von mehreren Indikationen, in denen klinische Studien das Potenzial von PhageBank ™ bei der Behandlung von Infektionen testen werden, die nicht gut auf eine Antibiotikatherapie ansprechen. Die nächsten Indikationen, für die 2022 Studien beginnen sollen, sollten Gelenkprotheseninfektionen und Osteomyelitis bei diabetischem Fuß sein.

Die aktuelle Studie wird an mehreren US-amerikanischen medizinischen Zentren mit 156 Patienten durchgeführt und ist eine interventionelle, randomisierte, placebokontrollierte, offene Studie. Teilnehmer an Harnwegsinfektionen, die durch E. coli oder K. pneumoniae verursacht wurden . Die Ergebnisse der ersten Kohorte werden verwendet, um das Dosierungsschema und den Verabreichungsweg von Phagenpräparaten vor der Anwendung bei Patienten mit symptomatischen Infektionen und einem hohen Rückfallrisiko zu bestätigen oder zu ändern. Die Patienten werden auf bakterielle Infektionen und das Wiederauftreten von Harnwegserkrankungen überwacht.

Die Organisatoren der Studie hoffen, dass die Ergebnisse der Phase I / II die Grundlage für die Durchführung einer zulassungsrelevanten Phase II / III-Studie zum Einsatz von Phagenmedikamenten bei Patienten mit chronischen und rezidivierenden Harnwegsinfektionen bilden.

Synthetische Bakteriophage hergestellt die Pseudomonas aeruginosa Bakterien angreifen

Zum ersten Mal synthetisierten Wissenschaftler „manuell“ Bakteriophagen mit einem verkürzten Genom, die verschiedene Stämme von Pseudomonas aeruginosa lysieren . Diese Erfahrung könnte der erste Schritt zur Schaffung neuer antibakterieller Wirkstoffe sein.

Bakteriophagen gelten heute als vielversprechende antimikrobielle Wirkstoffe, die insbesondere im Zusammenhang mit der Ausbreitung antibiotikaresistenter Stämme pathogener Bakterien relevant sind. Zur Behandlung von Antibiotika-resistenten Infektionen werden sowohl natürliche als auch genetisch veränderte Bakteriophagen verwendet. Und kürzlich ist es Wissenschaftlern gelungen, einen Bakteriophagen von Grund auf neu zu synthetisieren.

Die Genome von Bakteriophagen sind klein, aber heute sind die Funktionen von weit von allen Phagengenen bekannt. Es ist möglich, dass Sequenzen mit unbekannten Funktionen (und es gibt bis zu 80% des Genoms!) Probleme bei der Verwendung von Phagen beim Menschen verursachen können. Darüber hinaus erschweren sie den Prozess der genetischen Veränderung von Phagen. Portugiesische Wissenschaftler beschlossen, einen lytischen Bakteriophagen mit einem minimalen Genom zu erstellen, der nur die Gene enthält, die zur Infektion eines bestimmten Zielbakteriums und zur Vervollständigung des Replikationszyklus erforderlich sind. Zuvor wurde ein ähnliches Experiment an Prokaryoten durchgeführt – Wissenschaftler haben ein Bakterium Mycoplasma mycoides mit einem minimalen Genom erzeugt.

Der neue synthetische Bakteriophage zielt auf Pseudomonas aeruginosa ab , ein Bakterium, das für weit verbreitete antibiotikaresistente Stämme bekannt ist. Die Behandlung von Pseudomonas aeruginosa-Infektionen hat für die WHO Priorität. Die Wissenschaftler nahmen einen Bakteriophagen als Grundlage, der für P. aeruginosa spezifisch ist und aus Abwasser isoliert wurde (er wurde PE3 genannt). Von 28 Proben von P. aeruginosa, die von Patienten erhalten wurden , waren Bakteriophagen betroffen. 7. Das Genom des PE3-Phagen wurde sequenziert: Es enthielt vermutlich 55 Protein-kodierende Sequenzen.

Wissenschaftler schnitten mehrere Genblöcke aus dem Genom des Bakteriophagen PE3 heraus, die resultierenden Konstrukte wurden in Hefezellen vermehrt und dann in das Wirtsbakterium P. aeruginosa übertragen , um zu testen, ob die Erbinformation des Phagen das Assemblierungsprogramm starten kann Viruspartikel. Das Experiment war ein Erfolg: In den Bakterienkulturen bildeten sich sichtbare Phagenplaques – die Stellen, an denen das Virus die Bakterien zerstörte.

Weitere Experimente zeigten einige Merkmale synthetischer Phagen: Nicht alle synthetischen Bakteriophagen konnten dieselben Pseudomonas aeruginosa-Stämme wie ihr natürlicher Vorgänger infizieren; Die antibakterielle Wirksamkeit von Bakteriophagen in vitro blieb auf einem hohen Niveau. In vivo erhöhten synthetische Bakteriophagen in Experimenten an Insekten (große Wachsmotte G. mellonella) wie ihr natürlicher Vorläufer die Überlebensrate von mit P. aeruginosa infizierten Tieren .

Die Autoren der Arbeit glauben, dass ihr Ansatz zur Erzeugung synthetischer Phagen es in Zukunft ermöglichen wird, schnell lytische Bakteriophagen gegen bestimmte pathogene Bakterien zu erzeugen.

Übersetzung der Quelle:

* Pires DP, Monteiro R., Mil-Homens D. et al. Design synthetischer Phagen von P. aeruginosa mit reduzierten Genomen. Sci Rep; 2021, 11: 2164.

https://doi.org/10.1038/s41598-021-81580-2

Bakteriophagen haben die Empfindlichkeit von Bakterien gegenüber Antibiotika wiederhergestellt

Antibiotika-resistente Bakterien Acinetobacter baumannii erwarb nach Behandlung mit Bakteriophagen * Antibiotika- Empfindlichkeit. Es stellte sich heraus, dass die Bakterien beim Versuch, den Bakteriophagen zu entkommen, so mutierten, dass sie erneut anfällig für Antibiotika wurden

Die Resistenz pathogener Bakterien gegen Antibiotika ist eines der schwerwiegendsten Probleme der modernen Gesundheitsversorgung. Am häufigsten sind Ärzte mit schweren antibiotikaresistenten Infektionen konfrontiert, die durch Vertreter von Bakterienarten wie Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa und Enterobacter sp. (Sie werden zusammen als ESKAPE bezeichnet). Die Entwicklung neuer Antibiotika, die mit diesen „Superbugs“ umgehen können, schreitet sehr langsam voran, daher suchen Wissenschaftler aktiv nach alternativen Methoden der Antibiotikatherapie. Einer der am besten untersuchten und zugänglichsten heute sind Bakteriophagen.

Wissenschaftler der Monash University in Melbourne untersuchten die Auswirkungen verschiedener Bakteriophagen auf antibiotikaresistente Stämme von A. baumannii und isolierten zwei für dieses Bakterium spezifische Bakteriophagen – ΦFG02 und ΦCO01. Während des Experiments stellte sich jedoch heraus, dass einige der A. baumannii- Stämme gegen Bakteriophagen resistent sind . Der Grund für die Phagenresistenz war, wie sich herausstellte, eine Mutation, die den Bakterien die Oberflächenkapsel entzogen hat, an die die Phagen tatsächlich gebunden waren, bevor sie in die Bakterienzelle eintraten. In Abwesenheit einer Kapsel können Phagen keine Bakterien anheften und infizieren. Aber dieselbe Kapsel ist ein Hindernis für verschiedene Antibiotika und dank ihr A. baumanniiunempfindlich gegenüber einer Therapie mit den meisten Antibiotika. Durch Mutation zum Schutz vor Bakteriophagen werden Bakterien daher wieder empfindlich gegenüber Antibiotika. Experimente haben gezeigt, dass das Bakterium in Gegenwart des ΦFG02-Phagen 16-mal empfindlicher gegenüber Ceftazidim und 2-mal empfindlicher gegenüber anderen Beta-Lactamen und Ciprofloxacin wurde. Und der ΦCO01-Phage gab die Empfindlichkeit von A. baumannii gegenüber Minocyclin, Cefepem und Ampicillin zurück.

Ein weiterer interessanter Effekt von Phagen wurde entdeckt: Mutante Bakterien begannen, der Wirkung des Komplementsystems (einem Element der unspezifischen Immunantwort von Säugetieren) zu erliegen. Aus diesem Grund führte in Experimenten an Mäusen, die mit phagenresistenten Stämmen von A. baumannii infiziert waren , eine Infektion mit Bakteriophagen nach 8 bis 12 Stunden zu einer Verringerung der Anzahl von Bakterien in den betroffenen Geweben: um eine Größenordnung – in Gegenwart von ΦFG02 und um zwei Größenordnungen – in Gegenwart von ΦCO01. Das heißt, Bakteriophagen machten das Bakterium anfälliger für die Immunabwehr des Mausorganismus.

Übersetzung der Quelle:

* Gordillo Altamirano F., Forsyth J. H., Patwa R. et al. Bakteriophagen-resistente Acinetobacter baumannii sind gegenüber antimikrobiellen Mitteln resensibilisiert. Nat Microbiol, Veröffentlicht: 11. Januar 2021.

https://doi.org/10.1038/s41564-020-00830-7

 

Nierentransplantationspatient mit wiederkehrenden Infektionen bekommt virale Hilfe

Maria Madrigal wurde mit einer polyzystischen Nierenerkrankung geboren, obwohl sie bis zum Erwachsenenalter nicht wusste, dass sie diese Erbkrankheit hatte, als wachsende Zysten das Versagen der Organe verursachten. Zunächst half die Dialyse, doch schließlich benötigte Madrigal eine Spenderniere, die sie 2017 erhielt.

Vor der Nierentransplantation traten häufig wiederkehrende Infektionen auf. Nach der Transplantation kehrten sie zurück, aber dieses Mal war es schlimmer. Der invasive Erreger, ein Stamm von Escherichia coli, war multiresistent. Er ließ sich selbst mit den stärksten verfügbaren Antibiotika nicht behandeln.

„Mein Gesundheitszustand verschlechterte sich. Je mehr Antibiotika, desto schlimmer wurde es. Ich fühlte mich, als würde ich sterben“, sagte Madrigal.

„Ich habe (Maria) zum ersten Mal im November 2018 getroffen, als sie wegen einer Sepsis eingeliefert wurde und danach mehrmals mit einer wiederkehrenden Infektion“, sagte Saima Aslam, MBBS, Direktorin des Solid Organ Transplant Infectious Disease Service an der UC San Diego Health und Associate Professor of Medicine an der UC San Diego School of Medicine.

„Prognose in Bezug auf die Sterblichkeit ist schwer zu beurteilen, aber Sie hatte mehrere Krankenhausaufenthalte für das gleiche Problem und wurde auf fast kontinuierliche IV-Antibiotika – so sicherlich sehr schlechte Lebensqualität und Sie würde schließlich aus der Behandlung Optionen, die Erhöhung des Risikos zu sterben, von der multidrug-resistenten Infektion.“

Phagen auf einer Zelle
Koloriertes Rastermikroskopbild einer Zelle, die von Phagen angegriffen wird.

Im Januar 2020 brachte Aslam die Idee der Bakteriophagen-Therapie ins Spiel. Bakteriophagen sind Viren, die gezielt Bakterien angreifen und abtöten. Aslam schlug vor, Madrigals hartnäckige und lebensbedrohliche Infektionen mit Phagen zu behandeln, eine aufstrebende Behandlungsmethode, die Forscher und Ärzte an der UC San Diego mit bemerkenswertem Erfolg entwickelt haben.

Tatsächlich befindet sich an der UC San Diego das Center for Innovative Phage Applications and Therapeutics (IPATH) , das erste dedizierte Phagentherapiezentrum in Nordamerika.

„Das Zentrum entstand zum Teil aus einer verzweifelten, lebensbedrohlichen Erfahrung mit meinem Mann“, sagt Steffanie Strathdee, PhD, eine Epidemiologin für Infektionskrankheiten, Professorin am Department of Medicine der UC San Diego School of Medicine und Co-Direktorin des IPATH.

„Er stand aufgrund einer systemischen bakteriellen Infektion, die allen anderen Behandlungen getrotzt hatte, am Rande des Todes. Eine experimentelle Phagentherapie, die von der FDA aus Mitleid genehmigt wurde, rettete schließlich sein Leben. Bei IPATH geht es darum, das therapeutische Potenzial von Phagen zu entwickeln und anderen Patienten zur Verfügung zu stellen, wenn herkömmliche Ansätze nicht funktionieren.“

Für jede Bakterienart auf der Erde gibt es einen Phagen, der sie angreift. Wie andere Viren können sich Phagen nicht selbst vermehren, sondern übernehmen die Vermehrungsmaschinerie von Bakterien. Sie tun dies, indem sie sich an ein Bakterium anheften und ihr genetisches Material einfügen, was einen Replikationsprozess in Gang setzt, der schließlich das Bakterium aufspaltet und neue Viruspartikel auf der Suche nach neuen Zielen ausspuckt.

Für Madrigal ginge es darum, die richtige Kombination von Phagen zu finden, um ihre spezifische bakterielle Infektion zu behandeln.

Das therapeutische Potenzial von Phagen ist nicht neu. Sie wurden in den 1920er und 30er Jahren als mögliche medizinische Behandlung erforscht, aber mit dem Aufkommen der Antibiotika weitgehend aufgegeben. Das wachsende globale Problem der bakteriellen Antibiotikaresistenz hat ihre Wiederauferstehung angeheizt.

Im Jahr 2016 setzte ein Team von Ärzten und Wissenschaftlern der UC San Diego Health eine experimentelle intravenöse Phagenbehandlung ein, um das Leben von Strathdees Ehemann zu retten: UC San Diego Professor Tom Patterson, der sich mit einem multiresistenten Stamm von Acinetobacter baumannii, einem opportunistischen und oft tödlichen Bakterium, infiziert hatte. Die Behandlung schlug an, und Patterson erholte sich.

Seit dem Fall Patterson haben Forscher des IPATH in Zusammenarbeit mit Ärzten der UC San Diego Health die Phagentherapie zur Behandlung mehrerer Fälle von Infektionen mit Antibiotikaresistenzen eingesetzt, darunter Patienten nach Organtransplantationen, mit zystischer Fibrose oder die implantierte medizinische Geräte verwenden.

In einer Arbeit, die am 27. August 2020 in der Zeitschrift Open Forum Infectious Diseases veröffentlicht wurde, beschreiben Aslam, Strathdee und Kollegen die ersten 10 aufeinanderfolgenden Fälle von intravenöser Phagentherapie. In sieben der 10 Fälle hatten die Patienten ein erfolgreiches Ergebnis.

Madrigals Fall ist die Nummer 11.

Sechs Wochen lang erhielt Madrigal zweimal täglich Infusionen mit einem am Baylor College of Medicine in Houston entwickelten Phagencocktail. Ihr Blutbild sowie ihre Leber- und Nierenfunktionen wurden regelmäßig überwacht, und sie erhielt weiterhin ein intravenöses Antibiotikum.

Nach einer Woche der Behandlung bemerkte Madrigal eine Verbesserung ihres Gesundheitszustandes. Ihr Appetit kehrte zurück. Sie konnte schneller laufen. „Ich wollte wieder aktiv sein.“

Madrigals Phagentherapie endete im August, als die Blutkulturen keine E. coli mehr anzeigten. Sie hörte auch auf, Antibiotika zu nehmen. Einige Fieberschübe und erhöhte Entzündungswerte haben die Ärzte dazu veranlasst, die Antibiotika-Kur wieder aufzunehmen (Aslam versucht, die Quelle des Fiebers ausfindig zu machen), aber ihre Bluttests sind weiterhin negativ für das Bakterium.

Aus Madrigals Sicht war die Phagentherapie eine unerwartete Rettungsleine: „Ich sah es als eine Alternative. Ich sagte mir: ‚Ich werde nichts verlieren, wenn ich es versuche. Im Gegenteil, ich könnte davon profitieren.‘ Ich tat es mit allem Glauben der Welt.

„Vor der Phagentherapie hatte ich das Gefühl, dass meine Zukunft ungewiss war. Eigentlich auch die Dialyse. Wenn man sich einer Dialyse unterzieht, gibt es immer Rückschläge. Es gibt Komplikationen. Es war ein langer Prozess, bis ich hierher kam. Ich habe viel durchgemacht, die Entfernung beider Nieren. Aber ich war immer sehr optimistisch, hatte großes Vertrauen in mich selbst und in das Team, das hinter mir steht. All das hat mir geholfen, dass es mir heute hier gut geht.“

Aslam sagte, das Interesse an der Verwendung von Phagen zur Behandlung von multiresistenten Organismen wachse. Andernorts sind Phagen-Zentren eröffnet worden. Von der Eröffnung des IPATH im Juni 2018 bis April 2020 haben die Ärzte und Wissenschaftler des Zentrums 785 Anfragen zur Phagentherapie von anderen Ärzten, Patienten und Familienmitgliedern von Patienten erhalten. Von diesen ausgewerteten Anfragen wurde in 119 Fällen eine Phagentherapie empfohlen, wobei die IPATH-Fakultät dabei hilft, die behandelnden Ärzte mit Phagenlaboren, Therapieplänen und Logistik zu verbinden. IPATH sammelt auch Geld, um eine Phagenbibliothek mit sorgfältig charakterisierten Phagen zu entwickeln, die zur schnelleren Behandlung von Patienten eingesetzt werden kann.

Aber Aslam gibt zu bedenken, dass dies noch ein Anfang ist: „Klinische Studien sind in Planung, um die Wirksamkeit wirklich wissenschaftlich zu bewerten“, sagt sie.

Übersetzung der Quelle: https://health.ucsd.edu/news/features/Pages/2020-12-02-one-for-the-phages.aspx
One for the Phages: Kidney Transplant Patient with Recurring Infections Gets Viral Help
By Yadira Galindo | December 01, 2020

Antibiotika bei Kindern unter 2 Jahren kann zu chronischen Erkrankungen führen

Kinder unter 2 Jahren, die Antibiotika einnehmen, haben ein höheres Risiko für Asthma, Atemwegsallergien, Ekzeme, Zöliakie, Fettleibigkeit und Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörungen, so eine gemeinsam von Forschern der Mayo Clinic und Rutgers verfasste Studie.

In einer Studie, die in der Zeitschrift Mayo Clinic Proceedings veröffentlicht wurde, untersuchten die Forscher 14.572 Kinder, die zwischen 2003 und 2011 in Olmsted County, Minnesota, geboren wurden. 70 Prozent von ihnen erhielten in den ersten beiden Jahren mindestens ein Antibiotikum verschrieben, hauptsächlich gegen Infektionen der Atemwege oder der Ohren.

Die Ergebnisse stimmen mit der Hypothese überein, dass die Zusammensetzung des Mikrobioms – der Billionen nützlicher Mikroorganismen, die in und auf unserem Körper leben – eine entscheidende Rolle bei der frühen Entwicklung der Immunität, des Stoffwechsels und des Verhaltens spielt.

„Die Entwicklung arzneimittelresistenter Bakterien ist ein Beispiel für eine unbeabsichtigte Folge des Antibiotika-Übergebrauchs“, sagte Mitautor Martin Blaser, Direktor des Zentrums für fortgeschrittene Biotechnologie und Medizin in Rutgers. „Die zunehmende Prävalenz von Gesundheitszuständen, die in der Kindheit beginnen, hat wegen ihrer Auswirkungen auf das Mikrobiom Besorgnis über Antibiotika-Expositionen während wichtiger Entwicklungsphasen ausgelöst.

Während frühere Studien den Zusammenhang von Antibiotika mit einzelnen Krankheiten untersucht haben, ist dies die erste, die den Zusammenhang über viele Krankheiten hinweg betrachtet. Die Studie ergab, dass Antibiotika mit Stoffwechselkrankheiten (Fettleibigkeit, Übergewicht), immunologischen Krankheiten (Asthma, Nahrungsmittelallergien, Heuschnupfen und kognitiven Störungen oder Zuständen (ADHS, Autismus) in Verbindung gebracht wurden, wobei die Auswirkungen bei den verschiedenen Antibiotika jedoch unterschiedlich waren. Cephalosporine waren mit dem höchsten Risiko für mehrere Krankheiten, vor allem Autismus und Nahrungsmittelallergien, assoziiert.

Die Forscher fanden auch heraus, dass das Risiko mit zunehmender Verabreichung von Antibiotika und bei früherer Verabreichung – insbesondere innerhalb der ersten 6 Monate – zunahm.

„Die Ergebnisse aus der Grafschaft Olmsted liefern Beweise für breite und verzögerte Wirkungen von Antibiotika-Expositionen im frühen Leben und sollten die Praxis der Ärzte in Bezug auf die Verschreibungshäufigkeit von Antibiotika ändern, insbesondere bei leichten Erkrankungen“, sagte Blaser.

Übersetzt der Quelle:

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/11/201116075732.htm

Association of Infant Antibiotic Exposure With Childhood Health Outcomes
https://www.mayoclinicproceedings.org/article/S0025-6196(20)30785-0/fulltext

Muttermilch beeinflusst Virom / Bakteriophagen im Darm des Neugeborenen

Der Darm gesunder menschlicher Neugeborener ist bei der Geburt normalerweise frei von Viren, wird aber schnell kolonisiert, was in einigen Fällen zu Magen-Darm-Erkrankungen führt. Hier zeigen wir, dass der Aufbau der Virusgemeinschaft bei Neugeborenen in verschiedenen Schritten erfolgt. Die Fluoreszenzfärbung von virusähnlichen Partikeln, die aus Mekonium- oder frühen Stuhlproben von Säuglingen gereinigt wurden, zeigt wenige oder gar keine Partikel, aber mit einem Lebensmonat steigt die Anzahl der Partikel auf 10^9 pro Gramm an, und diese Zahlen scheinen während des ganzen Lebens bestehen zu bleiben.

Wir untersuchten den Ursprung dieser Viruspopulationen mit Hilfe der metagenomischen Sequenzierung virusangereicherter Präparate und ganzer Mikrobengemeinschaften mit der Shotgun-Methode, gefolgt von gezielten mikrobiologischen Analysen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass schon früh nach der Geburt Pionierbakterien den Säuglingsdarm besiedeln und dass die von diesen Bakterien induzierten Prophagen einen Monat lang die vorherrschende Population virusähnlicher Partikel bilden.

Nach vier Lebensmonaten treten vermehrt identifizierbare Viren auf, die sich in menschlichen Zellen vermehren. Multiple menschliche Viren waren in Stuhlproben von Säuglingen, die ausschließlich mit Muttermilch ernährt wurden, häufiger anzutreffen als bei Säuglingen, die teilweise oder vollständig mit Muttermilch gefüttert wurden, und parallel dazu wurde berichtet, dass Muttermilch vor Virusinfektionen schützen kann. Die Bakteriophagenpopulationen unterschieden sich auch in Abhängigkeit davon, ob der Säugling gestillt wurde oder nicht. Wir zeigen, dass die Besiedlung des Säuglingsdarms schrittweise erfolgt, zunächst hauptsächlich durch gemäßigte Bakteriophagen, die von Pionierbakterien induziert werden, und später durch Viren / Bakteriophagen, die sich in menschlichen Zellen vermehren; diese zweite Phase wird durch das Stillen moduliert.

Übersetzung der Quelle:
Liang, G., Zhao, C., Zhang, H. et al. The stepwise assembly of the neonatal virome is modulated by breastfeeding. Nature 581, 470–474 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2192-1

Phagentherapie zur Behandlung einer virulenten Klebsiella-pneumoniae-Infektion in einem Mausmodell

Zielsetzungen
Klebsiella pneumoniae ist ein wichtiger neu auftretender Erreger bei Mensch und Tier, der schwerwiegende klinische Folgen hat. Der vermehrte Einsatz von Antibiotika hat die Entstehung von Carbapenem-resistenten und β -Lactamase (ESBL)-produzierenden K. pneumoniae-Stämmen gefördert. In letzter Zeit hat die Phagentherapie als mögliche Alternative gegen die aufkommende antimikrobielle Resistenz an Dynamik gewonnen. Diese Studie wurde durchgeführt, um die therapeutischen Wirkungen eines neuartigen lytischen Phagen (VTCCBPA43) in einem pneumonischen Mausmodell zu bewerten, um die Wirksamkeit der Phagentherapie gegen eine virulente K. pneumoniae-Infektion zu untersuchen.

Methoden
Der Schwanzphage VTCCBPA43 wurde hinsichtlich seiner Wachstumskinetik, seines in vitro-Wirtsbereichs sowie seiner Temperatur- und pH-Empfindlichkeit untersucht. Die Proteinbestandteile wurden mittels SDS-PAGE und nLC-MS/MS analysiert. Die therapeutische Wirksamkeit wurde 2 h post-challenge mit virulenten K. pneumoniae in einem BALB/c-Mausmodell beobachtet.

Ergebnisse
Der Phagen VTCCBPA43 erwies sich als sehr temperaturtolerant (bis zu 80 °C). Er war bei pH 5 am aktivsten, hatte eine Burstgröße von 172 PFU/mL und wies einen engen Wirtsbereich auf. Es wurde durch Shotgun-Proteomics als KP36-ähnlicher Phage identifiziert. Nach intranasaler Verabreichung einer Einzeldosis (2 × 10^9 PFU/Maus) nach Infektion mit virulenten K. pneumoniae wurde das Vorhandensein eines biologisch aktiven Phagen in vivo und eine signifikante Verringerung der bakteriellen Belastung der Lunge zu allen Zeitpunkten beobachtet. Eine Verringerung des Läsionsschweregrades deutete auf eine insgesamt positive Wirkung der VTCCBPA43-Phagentherapie im pneumonischen Mausmodell hin.

Übersetzung der Quelle: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213716519302516?via%3Dihub

Phagencocktail bei diabetischen Wundinfektionen die durch den MRSA verursacht werden

Das diabetische Fußgeschwür (DFU) ist eine schwerwiegende Komplikation des Diabetes mellitus. Antibiotikaresistenter Staphylococcus aureus wird häufig aus DFU-Infektionen isoliert. Bakteriophagen (Phagen) stellen eine alternative oder ergänzende Behandlung zur Antibiotikatherapie dar. Hier beschreiben wir die Wirksamkeit von AB-SA01, einem Cocktail aus drei Phagen von S. aureus Myoviridae, der nach den aktuellen Standards der Guten Herstellungspraxis (cGMP) hergestellt wird und zwei klinische Studien der Phase I zur Behandlung von multiresistenten (MDR) S. aureus-Infektionen durchlaufen hat.

Ergebnisse
Wunden von mit Kochsalzlösung behandelten Mäusen heilten nicht, sondern dehnten sich aus und wurden entzündet, ulzeriert und eiternd. Im Gegensatz dazu verringerte die Behandlung mit AB-SA01 die bakterielle Belastung mit einer Wirksamkeit, die der von Vancomycin ähnlich oder überlegen war. Am Ende des Behandlungszeitraums kam es zu einer signifikanten Abnahme (p < 0,001) der Bakterienlast und Wundgröße in den mit infizierten Phagen und Vancomycin behandelten Gruppen im Vergleich zu den mit infizierter Kochsalzlösung behandelten Mäusen. Bei phagenbehandelten Mäusen verlief die Wundheilung ähnlich wie bei der Behandlung mit Vancomycin. Es wurde keine Mortalität im Zusammenhang mit Infektionen verzeichnet, und die Post-Mortem-Untersuchungen zeigten außer den Hautwunden keine offensichtlichen pathologischen Läsionen. Es wurden keine unerwünschten Wirkungen im Zusammenhang mit der Anwendung von Phagen beobachtet.

Schlussfolgerung
Die topische Anwendung des Phagencocktails AB-SA01 ist bei der Behandlung von diabetischen Wundinfektionen, die durch MDR S. aureus verursacht werden, wirksam, wie die Reduzierung der Bakterienlast und der Wundverschluss zeigen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine topische Phagencocktailbehandlung bei der Behandlung von Antibiotika-resistenten S. aureus DFU-Infektionen wirksam sein kann.

 

Übersetzung der Quelle (mehr Details unter)
https://bmcmicrobiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12866-020-01891-8

Bakteriophagen-Therapie für kritische Infektionen im Zusammenhang mit der Herz-Thorax-Chirurgie

Die bakterielle Resistenz gegen konventionelle Antibiotika-Therapie stellt weltweit eine zunehmend wichtige Herausforderung für die menschliche Gesundheit dar. Es soll untersucht werden, ob die Bakteriophagentherapie die konventionelle Antibiotikatherapie in kritischen Fällen bakterieller Infektionen im Zusammenhang mit kardiothoraxchirurgischen Eingriffen ergänzen oder eine gangbare Alternative zu ihr darstellen könnte.

Seit September 2015 wurden acht Patienten mit multiresistenten oder besonders hartnäckigen Infektionen mit Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae und Escherichia coli mit Bakteriophagenpräparaten als letzte Möglichkeit der Therapie gemäß Artikel 37 der Deklaration von Helsinki behandelt. Die Patienten hatten Infektionen, die mit einer Immunsuppression nach Organtransplantationen einhergingen, oder hatten Infektionen von Gefäßtransplantaten, implantierten medizinischen Geräten und Operationswunden. Individualisierte Phagenpräparate wurden je nach Fall lokal, oral oder durch Inhalation für unterschiedliche Dauer verabreicht. Alle Patienten erhielten während der Behandlung mit Bakteriophagen weiterhin konventionelle Antibiotika.

Ergebnisse: Die Patienten reichten im Alter von 13 bis 66 Jahren (durchschnittlich 48,5 ± 16,7) mit sieben Männern und einer Frau. Die Eradikation der Zielbakterien wurde bei sieben von acht Patienten erreicht. Es wurden keine schweren unerwünschten Nebenwirkungen beobachtet. (4) Schlussfolgerungen: Die Phagentherapie kann bakterielle Infektionen im Zusammenhang mit der Herz-Thorax-Chirurgie wirksam behandeln, wenn die konventionelle Antibiotikatherapie versagt.
Schlüsselwörter: Phagentherapie; bakterielle Infektion; Herz-Thorax-Chirurgie; Implantat-assoziierte Infektion; Transplantat-assoziierte Infektion; Infektion der Operationsstelle

Patienten, die sich einer kardiothorakalen Operation unterzogen haben, haben ein besonders hohes Risiko für lebensbedrohliche infektiöse Komplikationen. Infektionen an der Operationsstelle tragen wesentlich zur postoperativen Morbidität und Mortalität bei.
Implantat-assoziierte Infektionen werden oft chronisch, da Bakterien, die auf künstlichen Oberflächen wachsen, dazu neigen, Biofilme zu bilden, die sehr tolerant gegenüber Antibiotika sind. Darüber hinaus macht die medikamenteninduzierte Immunsuppression Herz- und Lungentransplantationspatienten besonders anfällig für lebensbedrohliche Infektionen. Angesichts dieser Herausforderungen und der weltweit zunehmenden bakteriellen Resistenz gegen herkömmliche Antibiotika besteht ein dringender Bedarf an neuen antibakteriellen Wirkstoffen und Strategien.
Bakteriophagen (oder Phagen) sind Viren, die Bakterien spezifisch infizieren. Mit dem Aufkommen von Antibiotika wurde der Gedanke, Bakteriophagen zur Behandlung klinischer Infektionen einzusetzen, fast ein Jahrhundert lang vernachlässigt, ausser in einigen osteuropäischen Ländern und der ehemaligen UdSSR [1,2]. In den letzten Jahren hat die Wiederbelebung des Einsatzes lytischer Phagen bei schwer zu behandelnden bakteriellen Infektionen erheblich an Interesse gewonnen, jedoch haben relativ wenige Phagen eine klinische Wirksamkeit gezeigt. Nichtsdestotrotz haben mehrere neuere Fallstudien über Erfolge bei der lokalen [3] und parenteralen [4] Phagentherapie mit natürlichen Bakteriophagen sowie mit den gentechnisch veränderten Bakteriophagen berichtet [5].
Hier berichten wir über eine Fallserie von implantat- und transplantat-assoziierten multiresistenten oder widerspenstigen Infektionen, die erfolgreich mit individualisierten Bakteriophagen behandelt wurden. Die aktuelle Fallserie umfasst Patienten, die mit unserer kürzlich beschriebenen Strategie der Phagenapplikation in Kombination mit Fibrinkleber behandelt wurden. Fibrinkleber ist ein Zweikomponenten-Hämostat, Versiegelungsmittel und Gewebekleber, der aus Fibrinogen und Thrombin besteht. In diesem Fall wird die Hälfte der Thrombinlösung durch Phagensuspension [6] ersetzt und die Mischung intraoperativ appliziert, um als phagenhaltiges biokompatibles Gerüst oder Beschichtung zu wirken. Dieser einzigartige Ansatz ermöglicht die anhaltende Freisetzung von Phagen an infizierten Stellen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die moderne Phagentherapie bei schweren Infektionen eine wirkungsvolle Alternative oder tragfähige Unterstützung zur Standard-Antibiotikatherapie darstellt.

Klinisches Ergebnis

Patient 1: Nach der zweiten Phagenapplikation wurden Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium und Pseudomonas aeruginosa nicht mehr nachgewiesen und die Phagentherapie wurde gestoppt. Die Bakterien wurden 16 Tage lang nach der letzten Phagenapplikation nicht mehr nachgewiesen und die Phagentherapie wurde beendet. Leider entwickelte der Patient 17 Tage nach der Phagentherapie eine Folgeinfektion durch P. aeruginosa und E. coli, die erst einen Monat später in einem anderen Krankenhaus mit einer konventionellen Antibiotikatherapie behandelt wurde. Es ist nicht bekannt, ob das zweite P. aeruginosa-Isolat mit dem ersten P. aeruginosa-Isolat identisch war, jedoch hatte es ein anderes Antibiogramm als das erste Isolat, was auf eine eigenständige Infektion hindeuten würde.

Patient 2: Nach der Phagentherapie wurde Klebsiella pneumoniae in Bronchiallavage-Proben nicht nachgewiesen, wohl aber in Stuhlproben. Im Gegensatz zu dem panresistenten Stamm, der die Lungeninfektion verursachte, war der aus dem Stuhl des Patienten isolierte K. pneumoniae-Stamm jedoch anfällig für Antibiotika.

Patient 3: Nach der letzten Phagenapplikation waren die Blutkulturproben frei von S. aureus. Eine Positronen-Emissions-Tomographie/Computertomographie (PET-CT), die sieben Monate nach der Phagentherapie durchgeführt wurde, zeigte keine Anzeichen einer Transplantatinfektion
Antibiotika 09 00232 g001 550Abbildung 1. PET-CT-Scans von Patient 3 vor (A) und sieben Monate nach (B) der Phagentherapie im Bereich des Aortatransplantats und von Patient 4 vor (C) und zwei Monate nach (D) der Phagentherapie im Bereich des linksventrikulären Assistenzgeräts (LVAD) und des Pleurahöhlenempyems. Die gelbe Emission zeigt den Grad der Anreicherung der Tracersubstanz (2-[18F]Fluoro-2-desoxy-D-glucose), was einer Entzündung entspricht.

Patient 4: Nach der Phagentherapie wurden in Wundabstrichen keine Bakterien nachgewiesen. Das linksventrikuläre Assistenzgerät (LVAD) war nicht infiziert, was sich auf einem PET-CT-Scan zwei Monate nach der Phagentherapie zeigte (Abbildung 1D). Patient 4 zeigte keine weiteren Anzeichen einer bakteriellen Infektion, jedoch starb dieser Patient 20 Monate nach Beendigung der Phagentherapie an den Folgen eines Transplantatversagens. Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass das Transplantatversagen und der anschließende Tod mit der zuvor beendeten Infektion oder mit der Phagentherapie in Zusammenhang stand.

Patient 5: Die In-vitro-Aktivität der Phagen wurde während der Phagentherapie getestet, und es gab keine Hinweise auf eine bakterielle Resistenz gegen die verwendeten Bakteriophagenstämme. Nach der ersten Dosis wurden in der Drainageflüssigkeit konsistent lebensfähige Phagen nachgewiesen (≥104 pfu/mL), bevor nachfolgende Phagenapplikationen vorgenommen wurden. Bis zu zwei Wochen nach der Phagenapplikation gab es im Serum des Patienten keine Anzeichen von bakteriophagenneutralisierenden Antikörpern. Dennoch wurden mäßige, aber gleichmäßige Konzentrationen von S. aureus in der Drainageflüssigkeit festgestellt. Um die Zufuhr der Phagen an die Infektionsstelle möglicherweise zu verbessern, wurde ein chirurgischer Eingriff angeboten, der jedoch vom Patienten abgelehnt wurde.
Bei den Patienten 6-8 führte die intraoperative Applikation von Fibrinkleber-Bakteriophagen-Präparaten auf Zielvorrichtungen oder Gewebe zur anhaltenden Freisetzung von Bakteriophagen.

Patient 6: S. aureus wurde nach der Phagentherapie nicht nachgewiesen. Die Beobachtung der Pumpe 1,5 Monate nach Phagenapplikation zeigte keine Anzeichen einer Infektion oder Reste des Fibrinklebers.

Patient 7: Die Wunde heilte vollständig ab und E.coli wurde nach der Phagentherapie nicht mehr nachgewiesen.

Patient 8: Die Wunde heilte vollständig ab, und P. aeruginosa wurde nach der Phagentherapie nicht mehr nachgewiesen.

Details unter: https://www.mdpi.com/2079-6382/9/5/232/htm

maschinelle Übersetzung der Quelle: Bacteriophage Therapy for Critical Infections Related to Cardiothoracic Surgery