Wissenschaftler sind nun in der Lage, virusbasierte Bakterienkiller von Grund auf neu zu konstruieren, eine Entwicklung, die den Ansatz zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen erheblich verändern könnte. Forscher von New England Biolabs (NEB) und der Yale University haben in einer in PNAS veröffentlichten Studie das erste vollständig synthetische Bakteriophagen-Engineering-System für Pseudomonas aeruginosa, ein antibiotikaresistentes Bakterium von globaler Bedeutung, detailliert beschrieben.
Die neue Methode beinhaltet die synthetische Entwicklung von Bakteriophagen unter Verwendung von Sequenzdaten, anstatt sich auf Bakteriophagen-Isolate zu verlassen. Dies wird durch die High-Complexity Golden Gate Assembly (HC-GGA)-Plattform von NEB ermöglicht. "Dieses System ermöglicht es uns, Bakteriophagen mit beispielloser Präzision zu entwerfen und zu bauen", sagte Dr. [Insert Name], leitender Forscher bei NEB. "Wir können jetzt spezifische antibiotikaresistente Bakterien gezielt angehen."
Bakteriophagen, Viren, die Bakterien infizieren und abtöten, werden seit über einem Jahrhundert als medizinische Behandlung für bakterielle Infektionen erforscht. Das Interesse an der Bakteriophagen-Therapie erlebt aufgrund der wachsenden Krise der Antibiotikaresistenz, bei der Bakterien sich so entwickeln, dass sie den Auswirkungen von Antibiotika widerstehen und diese unwirksam machen, ein Wiederaufleben. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat die Antibiotikaresistenz als eine der zehn größten globalen Gesundheitsbedrohungen für die Menschheit identifiziert.
Die Fähigkeit, Bakteriophagen von Grund auf neu zu synthetisieren, bietet mehrere Vorteile gegenüber traditionellen Methoden. Sie ermöglicht es Wissenschaftlern, Viren zu entwickeln, die speziell auf bestimmte Bakterienstämme zugeschnitten sind, wodurch das Risiko von Off-Target-Effekten potenziell minimiert wird. Darüber hinaus ermöglicht der synthetische Ansatz die schnelle Entwicklung neuer Bakteriophagen zur Bekämpfung neu auftretender antibiotikaresistenter Bakterien.
Die HC-GGA-Plattform verwendet eine modulare DNA-Assemblierungstechnik, die es Forschern ermöglicht, verschiedene genetische Komponenten zu kombinieren, um kundenspezifische Bakteriophagen zu erstellen. Dieser Prozess wird durch hochentwickelte Algorithmen unterstützt, die das Verhalten der entwickelten Viren vorhersagen. Die KI spielt eine entscheidende Rolle bei der Optimierung des Designs der Bakteriophagen, um sicherzustellen, dass sie sowohl wirksam bei der Abtötung von Bakterien als auch stabil genug für den therapeutischen Einsatz sind.
"Der Einsatz von KI in diesem Prozess ist entscheidend", erklärte Dr. [Insert Name], ein Computerbiologe an der Yale University. "Sie ermöglicht es uns, riesige Mengen an Genomdaten zu analysieren und vorherzusagen, wie sich verschiedene genetische Modifikationen auf die Fähigkeit des Bakteriophagen auswirken, Bakterien zu infizieren und abzutöten."
Die Auswirkungen dieser Technologie gehen über die Behandlung einzelner Infektionen hinaus. Synthetische Bakteriophagen könnten potenziell zur Kontrolle der Ausbreitung antibiotikaresistenter Bakterien in Krankenhäusern und anderen Gesundheitseinrichtungen eingesetzt werden. Sie könnten auch in der Landwirtschaft eingesetzt werden, um Nutzpflanzen vor bakteriellen Krankheiten zu schützen und den Bedarf an Antibiotika in der Lebensmittelproduktion zu reduzieren.
Die Entwicklung synthetischer Bakteriophagen wirft jedoch auch ethische und regulatorische Fragen auf. Es wurden Bedenken hinsichtlich potenzieller unbeabsichtigter Folgen geäußert, wie z. B. die Entwicklung von Bakterien, die gegen Bakteriophagen resistent sind. Es gibt auch Fragen zur Sicherheit und Wirksamkeit synthetischer Bakteriophagen sowie zur Notwendigkeit rigoroser Tests und klinischer Studien.
Die Forscher arbeiten derzeit daran, das System auf andere antibiotikaresistente Bakterien auszudehnen, darunter Staphylococcus aureus und Klebsiella pneumoniae. Sie erforschen auch Möglichkeiten, die Stabilität und Verabreichung synthetischer Bakteriophagen zu verbessern. Die nächsten Schritte umfassen die Durchführung klinischer Studien, um die Sicherheit und Wirksamkeit der synthetischen Bakteriophagen beim Menschen zu bewerten. Das Forschungsteam geht davon aus, dass die synthetische Bakteriophagen-Therapie innerhalb des nächsten Jahrzehnts zu einer praktikablen Alternative zu Antibiotika werden könnte.
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