Antimikrobielle Peptide gehören zum angeborenen Immunsystem und werden als möglicher Ansatz gegen antibiotikaresistente Bakterien erforscht. Ein Team aus Studierenden des Cornell College und der Biochemieprofessorin Catherine Volle hat nun bei E. coli eine unerwartete Reaktion auf das Peptid Magainin 2 beobachtet: Bei hoher Konzentration wurden die Bakterienzellen nicht weicher, sondern steifer. Zugleich schotteten sie sich gegen größere Moleküle ab. Die im Fachjournal AppliedPhys veröffentlichten Ergebnisse könnten damit besonders für Konzepte relevant sein, bei denen Peptide weiteren antibakteriellen Wirkstoffen den Weg in die Zelle öffnen sollen.
- Das Team untersuchte die Reaktion von E. coli auf niedrige, mittlere und hohe Konzentrationen von Magainin 2.
- Bei hoher Konzentration wurden die Zellen steifer und für größere Moleküle undurchlässiger.
- Die Forschenden warnen, dass vor einer möglichen klinischen Nutzung deutlich mehr Daten nötig sind.
Hohe Konzentration kehrt die erwartete Reaktion um
Magainin 2 kann Poren in der Zellwand von Bakterien bilden. Solche Öffnungen könnten nicht nur das Bakterium selbst schädigen, sondern theoretisch auch andere antibakterielle Substanzen in die Zelle gelangen lassen. Das macht antimikrobielle Peptide für mögliche Kombinationstherapien interessant.
Das Team konzentrierte sich jedoch nicht allein darauf, wie Magainin 2 wirkt. Untersucht wurde vielmehr, wie E. coli biomechanisch auf unterschiedliche Konzentrationen reagiert. Bei niedrigerer Dosierung blieben die Zellen nach Angaben von Volle zunächst fünf bis zehn Minuten steif und wurden anschließend deutlich weicher.
Für die hohe Konzentration erwarteten die Forschenden einen ähnlichen, verstärkten Effekt: Mehr Poren sollten die Zelle stärker nachgiebig machen. Stattdessen trat das Gegenteil ein.
Unter hoher Magainin-2-Konzentration versteifte sich E. coli und ließ größere Moleküle nicht mehr passieren.
Für eine kombinierte Behandlung würde dies bedeuten, dass ein zusätzliches Antibiotikum möglicherweise gerade dann nicht in die Bakterienzelle gelangt, wenn viel Peptid eingesetzt wird. Das ist eine aus dem Laborbefund abgeleitete mögliche Konsequenz, noch kein Nachweis für die Wirkung einer Therapie bei Patienten.
Die passende Wirkstoffkombination bleibt ungeklärt
Nach Einschätzung des Teams wären in einem klinischen Umfeld hohe Peptidkonzentrationen erforderlich, um bakterielle Infektionen wirksam zu bekämpfen. Genau in diesem Konzentrationsbereich zeigte E. coli jedoch die unerwartete Abschottung. Damit reicht es nicht, nur festzustellen, dass ein Peptid Bakterien grundsätzlich schädigen kann: Entscheidend wäre auch das Verhältnis zwischen Peptid und einem ergänzenden Medikament.
Die Studie zeigt damit, warum ein im Labor vielversprechender antibakterieller Mechanismus nicht automatisch in eine funktionierende Kombinationstherapie übertragbar ist.
Die Forschenden betonen, dass wesentlich mehr Informationen und weitere Untersuchungen notwendig seien, bevor antimikrobielle Peptide als neue Antibiotika bewertet werden könnten. Die Arbeit liefert daher keinen Beleg für eine einsatzbereite Behandlung und auch keine medizinische Empfehlung.
Mikroskope machten mechanische Veränderungen sichtbar
Die Arbeiten begannen 2024 im Rahmen eines forschungsintensiven Abschlusskurses und wurden am Cornell Summer Research Institute fortgesetzt. Zum Team gehörten Sophie Stumbo, Ryan Zurick, Jonathan Azenon und Jonathan Raper sowie Catherine Volle.
Für die Messungen nutzten sie unter anderem ein Rasterkraftmikroskop, ein Fluoreszenzmikroskop und ein Fluorometer. Mit solchen Verfahren lassen sich unterschiedliche Eigenschaften von Zellen untersuchen; hier standen insbesondere die biomechanischen Veränderungen von E. coli bei verschiedenen Peptidkonzentrationen im Mittelpunkt.
Die Forschung hat auch einen Bezug zu Deutschland: Zurick hat eine Promotionsstelle am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden angenommen und soll dort im Herbst beginnen.
Sollte die Forschung zu antimikrobiellen Peptiden trotz solcher unerwarteten Reaktionen stärker vorangetrieben werden? Teilen Sie uns Ihre Einschätzung mit.
