Töten von Bakterien mit Lasern. Licht bewältigt antibiotikaresistente Krankheitserreger

Die Welt ist mit einer wachsenden Krise der Antibiotikaresistenz konfrontiert. Der übermäßige Einsatz von Antibiotika in der Medizin, der Lebensmittelindustrie und in Kosmetika führt zum Auftreten von antibiotikaresistenten Bakterien. Das Eindringen von Antibiotika in die Umwelt, wobei die Konzentrationen in einigen Flüssen die sicheren Werte um das 300-fache übersteigen, zwingt die Krankheitserreger zu einer kontinuierlichen Entwicklung der Antibiotikaresistenz. Selbst im Darm von Kindern wurden Hunderte von bakteriellen Antibiotikaresistenzgenen entdeckt. Ohne neue Antibiotika oder andere Lösungen wird das Szenario, dass die Menschen wieder an gewöhnlichen Infektionen oder derzeit harmlosen Krankheiten sterben, real.

Eine Strategie außerhalb des chemischen Repertoires ist der Einsatz physikalischer Methoden wie ultraviolettes Licht, Gammastrahlung oder Wärme. Diese Methoden sind zwar wirksam bei der Inaktivierung von Krankheitserregern, führen aber zu schweren Gewebeschäden und können daher in der klinischen Praxis nicht eingesetzt werden.

Aus diesem Grund interessieren sich einige Wissenschaftler für das sichtbare Licht. Bei niedriger Intensität ist sie gewebeschonend und hat gleichzeitig die Fähigkeit, Bakterien, Viren und andere Krankheitserreger zu inaktivieren. Spezialisten, die sich mit diesem Problem befassen, interessieren sich besonders für Femtosekundenlaser, die ultrakurze Lichtimpulse aussenden, deren Dauer in Femtosekunden angegeben wird (1 Femtosekunde ist 1/1 000 000 000 000 000 Sekunde).

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Forscher der Washington University School of Medicine haben gezeigt, dass ultrakurze Pulse im sichtbaren Lichtbereich - mit einer Wellenlänge von 415-425 nm - eine wirksame Waffe gegen antibiotikaresistente Bakterien und ihre Sporen sein können.

Die Wissenschaftler haben den Laser an Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA) und E. coli getestet. Diese Bakterien sind sehr widerstandsfähig gegen zahlreiche physikalische und chemische Einwirkungen. Der Laser wurde auch an Bacillus cereus-Sporen getestet, die Lebensmittelvergiftungen verursachen können und in der Lage sind, das Kochen zu überleben. Die Tests haben gezeigt, dass der Laser 99,9 % der damit behandelten Bakterien inaktiviert.

Die Forscher erklären, dass ihr Laser ab einer bestimmten Leistung beginnt, Viren zu deaktivieren. Wenn die Leistung erhöht wird, wirkt sich dies auch auf die Bakterien aus. Sein Licht bleibt jedoch für menschliches Gewebe sicher. Nur eine Erhöhung der Leistung um eine ganze Größenordnung tötet Zellen. Es gibt also ein bestimmtes therapeutisches Fenster, das eine sichere Anwendung erlaubt.

Ultrakurze Laserpulse inaktivieren Krankheitserreger, ohne menschliche Proteine und Zellen zu schädigen. Stellen Sie sich vor, der Chirurg könnte vor dem Schließen einer Wunde diese mit einem Laser desinfizieren. Ich denke, dass diese Technologie bald zur Desinfektion biologischer Produkte in vitro und in naher Zukunft auch zur Desinfektion des Blutkreislaufs eingesetzt werden könnte. Die Patienten könnten sich einer Dialyse unterziehen, und ihr Blut könnte durch ein Lasergerät geleitet werden, um es zu desinfizieren, sagt die Hauptautorin der Studie, Shew-Wei Tsen.

Zusammen mit Professor Samuel Achilefu untersucht Tsen seit Jahren die Fähigkeit ultrakurzer Laserpulse, Krankheitserreger abzutöten. Sie haben bereits gezeigt, dass sie Viren und "normale" Bakterien inaktivieren. Jetzt haben sie in Zusammenarbeit mit der Mikrobiologieprofessorin Shelley Haydel von der Arizona State University ihre Forschung auf Sporen und antibiotikaresistente Bakterien ausgeweitet.

Viren und Bakterien enthalten dicht gepackte Proteinstrukturen. Der Laser deaktiviert sie, indem er diese Strukturen in so starke Schwingungen versetzt, dass einige der Bindungen in den Proteinen aufbrechen (denaturieren). Ein solches gebrochenes Ende versucht, sich so schnell wie möglich mit etwas zu verbinden und verbindet sich normalerweise mit einer anderen Struktur als der, mit der es zuvor verbunden war. Auf diese Weise entstehen innerhalb des Erregers abnorme Verbindungen innerhalb und zwischen den Proteinen, die dazu führen, dass die Proteine nicht mehr richtig funktionieren und somit der Erreger nicht mehr funktioniert.

Alles, was von Menschen oder Tieren stammt, kann mit Krankheitserregern kontaminiert sein. Alle Blutprodukte werden auf Krankheitserreger untersucht, bevor sie in den Körper des Patienten gelangen. Das Problem ist jedoch, dass wir wissen müssen, wonach wir suchen. Wenn ein neues Virus im Blut zirkulierte, wie dies bei HIV in den 1970er und 1980er Jahren der Fall war, konnte es mit solchen Produkten in den Blutkreislauf gelangen. Ultrakurze Laserpulse sind eine Methode, mit der sichergestellt werden kann, dass Blutprodukte frei von Krankheitserregern sind.