Forschende der Universität und des Universitätsspitals Basel haben ein revolutionäres Verfahren entwickelt, das die Wirksamkeit von Antibiotika präziser als je zuvor misst. Die neue Methode kann erstmals sichtbar machen, ob Bakterien durch ein Medikament tatsächlich abgetötet werden oder ob sie die Behandlung nur in einem Ruhezustand überdauern. Dieser Durchbruch könnte die Therapie von Infektionskrankheiten und die Entwicklung neuer Medikamente grundlegend verändern.
Das Problem der sogenannten «aussitzenden» Keime ist eine grosse Herausforderung in der modernen Medizin. Diese Bakterien entwickeln keine klassische Resistenz, sondern wechseln in eine Art Winterschlaf, um der Behandlung zu entgehen. Nach Abschluss der Therapie können sie wieder aktiv werden und Rückfälle verursachen. Bisherige Standardtests konnten diesen Zustand nicht erfassen.
Das Wichtigste in Kürze
- Ein neues Testverfahren aus Basel unterscheidet, ob Antibiotika Bakterien abtöten oder nur ihr Wachstum hemmen.
- Die Methode filmt Millionen einzelner Bakterien über Tage, um ihre Reaktion auf Medikamente zu beobachten.
- Sie wurde bereits erfolgreich an Tuberkulose-Erregern und Proben von 400 Patienten getestet.
- Der Test hat das Potenzial, personalisierte Antibiotika-Therapien zu ermöglichen und die Medikamentenentwicklung zu beschleunigen.
Das Problem mit den unsichtbaren Überlebenden
Antibiotikaresistenzen sind eine der grössten Bedrohungen für die globale Gesundheit. Doch neben den bekannten resistenten Keimen gibt es eine weitere, subtilere Gefahr: Bakterien, die eine Behandlung überleben, ohne resistent zu sein. Sie stellen ihr Wachstum vorübergehend ein und fallen in einen inaktiven Zustand, der sie für viele Medikamente unangreifbar macht.
Diese schlafenden Bakterien, auch Persister genannt, sind klinisch schwer zu fassen. Herkömmliche Labortests, sogenannte Antibiogramme, messen lediglich, ob ein Antibiotikum das Wachstum einer Bakterienkultur stoppt. Ob die Keime dabei absterben oder nur pausieren, bleibt unklar. Diese diagnostische Lücke kann dazu führen, dass eine Therapie als erfolgreich eingestuft wird, obwohl überlebende Keime im Körper verbleiben und später eine neue Infektion auslösen.
Eine neue Dimension der Diagnostik
Ein Forschungsteam um Studienleiter Lucas Boeck von der Universität und dem Universitätsspital Basel hat nun eine Lösung für dieses Problem vorgestellt. Ihr im renommierten Fachjournal «Nature Microbiology» publiziertes Verfahren trägt den Namen «Antimicrobial Single-Cell Testing» (AST) und verfolgt einen radikal neuen Ansatz.
Anstatt das Wachstum ganzer Bakterienkolonien zu beobachten, nimmt die Methode das Schicksal einzelner Zellen unter die Lupe. Millionen von einzelnen Bakterien werden dabei unter Tausenden von verschiedenen Bedingungen – etwa unterschiedlichen Medikamenten und Konzentrationen – über mehrere Tage hinweg mikroskopisch gefilmt. Eine spezielle Software analysiert die riesigen Datenmengen und ermittelt, wie viele Bakterien tatsächlich absterben und wie viele nur ihr Wachstum einstellen.
Hintergrund: Bakterielle Persistenz
Persistenz ist eine Überlebensstrategie von Bakterien. Im Gegensatz zur Resistenz, die auf genetischen Veränderungen beruht und vererbbar ist, ist Persistenz ein vorübergehender Zustand. Ein kleiner Teil einer Bakterienpopulation kann spontan in diesen Ruhezustand wechseln. Diese Zellen sind metabolisch inaktiv und daher unempfindlich gegenüber Antibiotika, die auf aktive Zellprozesse abzielen. Nach der Behandlung können sie wieder erwachen und die Population neu aufbauen.
Praxistest mit überzeugenden Ergebnissen
Um die klinische Relevanz ihres Verfahrens zu belegen, testeten die Forschenden die Methode an anspruchsvollen Erregern. Zum einen untersuchten sie Tuberkulose-Bakterien, die für ihre Fähigkeit bekannt sind, lange Zeit unbemerkt im Körper zu überdauern. Zum anderen analysierten sie Proben von 400 Patientinnen und Patienten, die an einer schweren Lungeninfektion litten.
Die Ergebnisse waren aufschlussreich. Der neue Test zeigte deutliche Unterschiede in der Wirksamkeit verschiedener Antibiotika-Therapien, die in Standardtests verborgen geblieben waren. Er konnte präzise aufzeigen, welche Bakterienstämme eine höhere Toleranz gegenüber bestimmten Medikamenten aufwiesen, also besser darin waren, die Behandlung «auszusitzen».
Zahlen und Fakten zum neuen Test
- Millionen von einzelnen Bakterien werden analysiert.
- Tausende verschiedene Testbedingungen werden gleichzeitig geprüft.
- 400 Patientenproben wurden bereits erfolgreich untersucht.
- Die Analyse läuft über mehrere Tage, um Langzeiteffekte zu erfassen.
Besonders wichtig ist die Erkenntnis, dass die Ergebnisse des neuen Tests eng mit dem tatsächlichen Therapieerfolg bei Patienten korrelieren. Die Daten spiegeln wider, wie wirksam die Behandlungen in klinischen Studien und Tiermodellen waren.
«Je besser Bakterien ein Antibiotikum tolerieren, desto schlechter sind die Chancen für den Erfolg der Therapie bei den Patientinnen und Patienten», erklärt Studienleiter Lucas Boeck in einer Mitteilung der Universität Basel.
Diese direkte Verbindung zwischen Laborergebnis und klinischem Ausgang ist ein entscheidender Fortschritt. Sie belegt, dass die Fähigkeit zum «Aussitzen» ein wichtiger Faktor für das Scheitern einer Antibiotika-Therapie ist.
Zukunftsvision: Personalisierte Therapien und schnellere Forschung
Aktuell ist das «Antimicrobial Single-Cell Testing» noch ein reines Forschungsinstrument. Das Verfahren ist aufwendig und erfordert spezielle Ausrüstung und Expertise. Die Vision der Basler Forschenden geht jedoch weit über das Labor hinaus.
Langfristig könnte die Methode die Grundlage für eine personalisierte Antibiotika-Therapie schaffen. Ärzte könnten den Test nutzen, um für jeden Patienten individuell das Medikament zu finden, das die spezifischen Bakterienstämme nicht nur am Wachstum hindert, sondern sie auch am effektivsten abtötet. Dies würde die Heilungschancen, insbesondere bei hartnäckigen und wiederkehrenden Infektionen, drastisch verbessern.
Ein Werkzeug für die Medikamentenentwicklung
Ein weiteres grosses Anwendungsfeld ist die Entwicklung neuer Antibiotika. Die Pharmaindustrie kämpft seit Jahren damit, neue Wirkstoffe gegen resistente Keime zu finden. Der neue Test könnte diesen Prozess erheblich beschleunigen.
Forscher können damit Tausende von potenziellen Wirkstoffen parallel testen und schnell diejenigen identifizieren, die eine tatsächlich abtötende Wirkung haben. Die Fähigkeit, zwischen wachstumshemmenden und bakteriziden (abtötenden) Substanzen zu unterscheiden, ist entscheidend, um die vielversprechendsten Kandidaten für die weitere Entwicklung auszuwählen. Der Basler Test liefert diese Information präzise und in grossem Massstab und könnte so der stagnierenden Antibiotika-Pipeline neuen Schub verleihen.
