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Was tun, wenn Antibiotika nicht mehr wirken? Betroffene aus aller Welt zieht es nach Georgien, um sich dort mit Bakteriophagen behandeln zu lassen. Inzwischen ist die Phagentherapie auch in Belgien möglich.

Tanja Diederen aus der Nähe von Maastricht in den Niederlanden leidet seit 30 Jahren an Hidradenitis suppurativa, einer chronischen Hautkrankheit, bei der sich unter Schmerzen die Haarwurzeln entzünden – häufig an intimen Stellen wie Achseln und Brust.

Im August 2019 traf die heute 50-jährige eine radikale Entscheidung: Sie setzte die immer schwächer wirkenden Antibiotika ab und reiste für zwei Wochen nach Georgien, um sich dort einer Behandlung mit Bakteriophagen zu unterziehen.

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Schnupfen, Durchfall, Lungenentzündung: Bakteriophagen könnten im Prinzip gegen jede durch Bakterien hervorgerufene Infektion eingesetzt werden, sagte der Mikrobiologe Wolfgang Bayer im Dlf. Solange Antibiotika der Pharmaindustrie aber mehr einbringen, werde diese kein großes Interesse daran entwickeln.

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Die meisten Experimente zur Phagentherapie beginnen und enden in vitro – an der Kultur von Zielbakterien. Solche Zustände haben wenig mit der realen Situation bei Mensch und Tier zu tun. Daher haben Wissenschaftler * ein Modell erstellt, mit dem Sie die Mikroumgebung des menschlichen Körpers simulieren können, in der die Bakterienbesiedlung tatsächlich stattfindet. In Experimenten an diesem Modell wurde gezeigt, dass die Kolonie von Escherichia coli unter den Bedingungen des Organismus keine Resistenz gegen Bakteriophagen entwickelt, wie es oft „im Reagenzglas“ der Fall ist und Phagen erfolgreich die meisten Zielmikroorganismen zerstören .

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