Schlagkräftiges Team gegen resistente Biofilme
Die Kombination aus Bakteriophagen und Antibiotika kann Bakterienbiofilme wirksam bekämpfen.
Ein infektiologisches Forschungsteam am Uniklinikum Jena konnte diesen Prozess jetzt bei einem Biofilm von Klebsiellen verfolgen, die Resistenzen gegen das verwendete Antibiotikum aufwiesen. Die detaillierte Analyse mittels Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie erhellt wichtige Wirkmechanismen dieser therapeutisch bedeutsamen Symbiose.
Biofilme sind eine wirksame Verteidigungsstrategie von Bakterien: Die Krankheitserreger besiedeln abwehrschwache Stellen, wie die Oberflächen von Implantaten oder Kathetern, und verschanzen sich hinter einem Schutzschild aus Schleim, der sie vor dem Immunsystem und Antibiotika schützt. Zusätzlich erschwert die Resistenzbildung die Behandlung der oft chronischen Infektionen, die von bakteriellen Biofilmen herrühren.
Zu deren Bekämpfung sind Bakteriophagen als natürliche Feinde der Bakterien in den Fokus der Infektiologie gerückt. Diese Phagen sind Viren, die ausschließlich Bakterien - oft spezifisch nur wenige Stämme – infizieren und dabei deren Zellwände auflösen. Sie wurden vor über einhundert Jahren entdeckt, und genauso alt ist die Idee, sie zur Bekämpfung von Infektionen zu nutzen. Wegen der schwierigen Reinigung der Phagen von Wirtsbakterien und deren Giften schlug der Ansatz aber anfangs oft fehl und geriet dann in Vergessenheit nach der Entdeckung der Antibiotika. Dass diese immer öfter an Resistenzen scheitern, macht die Phagen wieder höchst interessant.
Ein Forschungsteam am Institut für Infektionsmedizin und Krankenhaushygiene des Universitätsklinikums Jena untersuchte im Labor die Wirkung einer Kombinationstherapie von Phagen und Antibiotika. Es nutzte dafür einen multiresistenten Stamm von Klebsiellen, die Lungenentzündungen, aber auch andere Infektionen hervorrufen können. Aus dem Abwasser des Klinikums hatte das Team Phagen gewonnen, die diese Bakterien infizieren können. „Die Phagenforschung ist einer unserer wissenschaftlichen Schwerpunkte“, so Prof. Dr. Mathias Pletz, der Direktor des Jenaer Instituts. „Dafür erfassen wir Phagen in einer Biobank und charakterisieren sie molekulargenetisch.“
Beobachtung im Lichtblattmikroskop
Das Forschungsteam untersuchte die Klebsiellen sowohl freischwebend in wässriger Kultur als auch als Biofilm. Es behandelte die Bakterien mit verschiedenen Konzentrationen des Antibiotikums Ceftazidim, gegen das sie Resistenzen aufwiesen, mit Phagenlösungen verschiedener Konzentration und mit Lösungen, in denen Antibiotikum und Phagen in verschiedenen Konzentrationen kombiniert waren. Erstautorin Tinatini Tchatchiashvili: „Um die Effekte auf den Biofilm zu beurteilen, nutzten wir die Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie. Diese erstmals in diesem Kontext genutzte Bildgebung erlaubt es, die Veränderungen im zeitlichen Verlauf und im gesamten Volumen zu beobachten, ohne den Biofilm dabei zu beeinflussen.“
Die Ergebnisse: Nur eine hohe Antibiotikakonzentration konnte das Wachstum in wässriger Kultur nachhaltig hemmen; die Monotherapie mit Phagen zeigte unabhängig von deren Konzentration zunächst eine Hemmung, dann aber erneutes Bakterienwachstum, weil sich Resistenzen gegen die Phagen gebildet hatten. In der Kombinationsgabe reichte zusammen mit einer hohen Phagenkonzentration ein Viertel der hemmenden Antibiotikadosis aus, um das Bakterienwachstum langfristig zu unterbinden.
Synergien von Phagen und Antibiotika
Auf den Biofilm hatte das niedrig dosierte Antibiotikum nur eine kurzzeitige schwache Wirkung, hochkonzentrierte Phagen konnten den Biofilm reduzieren, aber nicht völlig abbauen. Das gelang aber durch die Kombination der beiden Therapien. In weiteren Analysen wurden auch der Biofilmschleim und die Resistenzentwicklung gegen Phagen und Antibiotikum untersucht. Dabei bestätigte sich die synergistische Wirkung von Phagen und Antibiotikum: Die Phagen bauen die schützende Matrix des Biofilms ab und ebnen damit den Weg für das Antibiotikum. Noch eindrucksvoller ist die Zusammenarbeit gegen Resistenzen. Selbst Antibiotika, gegen die die Bakterien eigentlich bereits resistent waren, gewannen in Kombination mit Phagen ihre Schlagkraft zurück. „Während Bakterien gegen Einzelwirkstoffe oft schnell neue Resistenzen entwickeln, konnte die Kombinationstherapie die Entstehung neuer Abwehrmechanismen vollständig unterdrücken“, nennt Studienleiterin Priv.-Doz. Dr. Oliwia Makarewicz ein zentrales Ergebnis.
Im Rahmen von individuellen Heilversuchen kommen diese Erkenntnisse bei besonders schwierigen Biofilminfektionen in Jena bereits zum Einsatz, obwohl in Deutschland Phagen für die klinische Anwendung noch nicht zugelassen sind. Mathias Pletz: „Wir setzen alles daran, diese Präzisionsstrategie weiterzuentwickeln, um Patienten mit chronischen Implantat-Infektionen in Zukunft sicherere und effektivere Therapien anbieten zu können.“
Originalpublikation:
Tchatchiashvili, T., Marquet, M., Gabashvili, E. et al. Phage–antibiotic synergy restores β-lactam efficacy in MDR Klebsiella quasipneumoniae biofilms and suppresses resistance. J Biomed Sci 33, 25 (2026). https://doi.org/10.1186/s12929-026-01218-1
