(7) Resistente Bakterien im Darm untersuchen

Einige Darmbakterien sind gegen nahezu alle Antibiotika resistent. Verursachen sie eine Infektion, stehen oft nur noch sehr wenige Behandlungsmöglichkeiten zur Verfügung. Im Rahmen des NFP 79 suchte eine Forschungsgruppe um Andrea Endimiani von der Universität Bern nach Wegen, diese sogenannten Superbugs bereits im Darm zu beseitigen, bevor sie Schaden anrichten können. Als Alternative zu kostspieligen und ethisch umstrittenen Mausversuchen entwickelte das Forschungsteam ein neues In-vivo-Modell auf Basis von Insektenlarven.

Für Test-Strategien zur Entfernung von Superbugs aus dem Darm werden In-vivo-Modelle benötigt: lebende Organismen, in denen sich das Verhalten von Bakterien und ihre Reaktion auf potenzielle Behandlungen untersuchen lassen. Mausmodelle gelten derzeit als Goldstandard für diese Art von Forschung. Sie weisen jedoch erhebliche Nachteile auf: Ergebnisse aus Mausversuchen lassen sich nicht immer auf den Menschen übertragen und die Experimente sind teuer und aufwendig; zudem wirft der Einsatz von Nagetieren in der Forschung wichtige ethische Fragen auf.

Insekten stellen eine vielversprechende Alternative dar. Sie sind einfacher zu halten, verursachen geringere Kosten und sind ethisch deutlich weniger problematisch. Das Forschungsteam besiedelte deshalb den Darm von Larven des Riesenmehlwurms Zophobas morio mit multiresistenten Bakterien, wie sie häufig bei Spitalpatientinnen und -patienten vorkommen. Anschliessend untersuchte es, wie sich die Bakterien verhielten und ob sie mithilfe einer speziellen Mischung von Bakteriophagen (Viren, die Bakterien befallen) eliminiert werden konnten. Die Ergebnisse wurden anschliessend mit jenen des etablierten Mausmodells verglichen.

Das Projekt verfolgte drei Ziele:

• zu untersuchen, ob Larven von Zophobas morio zuverlässig mit drei klinisch besonders relevanten multiresistenten Bakterienarten (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae und Salmonella enterica) besiedelt werden können;

• zu analysieren, wie sich die natürliche Darmflora der Larven durch die Besiedlung mit multiresistenten Bakterien verändert und ob sich diese Bakterien mithilfe eines Bakteriophagen-Cocktails wieder entfernen lassen;

• das neu entwickelte Larvenmodell direkt mit dem etablierten Mausmodell zu vergleichen.

Die Larven konnten erfolgreich mit allen drei untersuchten Superbug-Arten besiedelt werden. Die Behandlung mit dem Bakteriophagen-Cocktail eliminierte jene Bakterienstämme, die gegenüber den eingesetzten Phagen empfindlich waren. Auf phagenresistente Stämme hatte die Behandlung hingegen keine Wirkung – ein realistisches Abbild der Situation in der klinischen Praxis. Das Forschungsteam entwickelte zudem ein verkürztes, 14-tägiges Protokoll, mit dem sich die Wirksamkeit von Dekolonisierungsstrategien (beispielsweise mithilfe von Bakteriophagen) in Zophobas-morio-Larven untersuchen lässt.

Zu den bemerkenswertesten Erkenntnissen gehört die präventive Anwendung von Bakteriophagen: Erhielten Larven und Mäuse die Phagen vor der Exposition gegenüber den multiresistenten Bakterien, konnten sich diese nicht im Darm ansiedeln. Das Larvenmodell wurde erfolgreich gegenüber dem Mausmodell validiert. Beide Modelle lieferten insgesamt vergleichbare Ergebnisse und bestätigen damit das Potenzial des Larvenmodells als überzeugende Alternative.

Das neue Larvenmodell bietet gegenüber Mausversuchen mehrere Vorteile: Es ist kostengünstiger, schneller, einfacher in der Handhabung, ermöglicht deutlich grössere Versuchszahlen und wirft wesentlich weniger ethische Fragen auf. Es soll das Mausmodell nicht vollständig ersetzen, könnte jedoch als erste Screening-Stufe dienen. Forschende könnten zunächst eine grosse Zahl potenzieller Strategien im Larvenmodell testen und anschliessend nur die vielversprechendsten Ansätze im Mausmodell weiterverfolgen. Dadurch liesse sich die Zahl der in der Forschung eingesetzten Tiere deutlich reduzieren und gleichzeitig die Entwicklung neuer Strategien zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen beschleunigen.

Using Zophobas morio larvae to design a new in vivo model of intestinal colonization due to multidrug-resistant Enterobacterales