Antibiotika werden in der Medizin regelmäßig zur Bekämpfung von bakteriellen Infektionen eingesetzt. Immer häufiger, insbesondere in Krankenhäusern, treten mittlerweile aber auch resistente Keime auf, die auf die Medikamente nicht reagieren. Denn wenn sich Bakterien vermehren und weiterentwickeln, kann sich ihr Erbgut – also ihre DNA – so verändern, dass sie unempfindlich gegenüber Antibiotika werden. Hier setzt ein Forschungsprojekt des Naturwissenschaftlers Priv.-Doz. Dr. Adrian Keller von der Universität Paderborn an. Sein Ziel ist es, resistente Keime mithilfe von DNA-basierten Nanoantibiotika zu bekämpfen.

Für das Vorhaben ist der Wissenschaftler mit dem Forschungspreis 2022 der Universität Paderborn ausgezeichnet worden. Damit erhält er 150.000 €, die er frei im Sinne des Forschungsziels verwenden kann. Mit dem höchstdotierten Preis der Universität werden außergewöhnliche Forschungsvorhaben abseits des Mainstreams, unkonventionelle Hypothesen und Methoden sowie kreative und neuartige Ideen gewürdigt. Beim Neujahrsempfang am Sonntag, 15. Januar, hat Prof. Dr. Johannes Blömer, Vizepräsident für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs, die Urkunde stellvertretend für die Kommission für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs (FK) an Keller überreicht.

„Es wird aktuell geschätzt, dass weltweit pro Jahr etwa fünf Millionen Menschen an Infektionen mit resistenten Keimen sterben und es werden von Jahr zu Jahr mehr“, verdeutlicht Keller die Relevanz des Projekts. „Neue Antibiotika zu entwickeln ist sehr aufwendig. Deswegen wollen wir versuchen, bestehende Antibiotika zu modifizieren, um solche Resistenzen zu überwinden oder zu umgehen.“

Mit „DNA-Origami“ zu wirksamen Antibiotika

In seiner Arbeitsgruppe „Nanobiomaterialien“ des Arbeitskreises „Technische und Makromolekulare Chemie“ untersucht Keller die chemischen und strukturellen Eigenschaften von DNA-Materialien. Mithilfe von „DNA-Origami“ bauen die Wissenschaftler DNA-Nanostrukturen, also mikroskopisch kleine, komplexe Geflechte. „Dabei werden DNA-Stränge gezielt in beliebige dreidimensionale Strukturen gefaltet. Antibiotika-Moleküle können darauf äußerst präzise angeordnet werden. Mit dieser Methode wollen wir neuartige Wirkstofftransportsysteme gestalten und so die Wirksamkeit gegenüber antibiotikaresistenten Keimen wiederherstellen“, führt Keller weiter aus.

Hierzu koppeln die Wissenschaftler die Antibiotika-Moleküle und weitere Moleküle an die DNA-Stränge, aus denen die DNA-Nanostrukturen aufgebaut werden. Getestet wird die Wirksamkeit der verschiedenen Molekül-Kombinationen an unterschiedlichen Modell-Organismen.

Universell anwendbare Forschungsergebnisse als Ziel

„Wir erhoffen uns, dass wir am Schluss eine Nanostruktur haben, die sowohl gegen antibiotikaresistente als auch gegen antibiotikaempfängliche Keime wirkt. Darüber hinaus wollen wir verstehen, wie wir die Moleküle anordnen müssen, damit sie ihre maximale Wirkung zeigen. Zusätzlich möchten wir bestimmte wirksame Molekül-Paarungen identifizieren, sodass die Erkenntnisse auch in anderen Verfahren angewandt werden können“, erklärt Keller die Projektziele.

Die Ergebnispräsentation des auf zwei Jahre angelegten Forschungsvorhabens erfolgt 2024 beim Paderborner „Tag der Forschung“. Ein Video gibt bereits jetzt Einblicke in die Labore der Arbeitsgruppe: https://youtu.be/SRgcHkocvEw. Ausführliche Informationen zum Thema „DNA-Origami“ gibt es in der digitalen Themenwelt unter: https://go.upb.de/DNA-Origami.