Die Zunehmende Gefahr von Antibiotikaresistenzen und eine innovative Lösung: CAPTURE
Weltweit wird Antibiotikaresistenz mit rund drei Millionen Todesfällen pro Jahr in Verbindung gebracht – eine Zahl, die laut Schätzungen bis 2050 auf bis zu 10 Millionen ansteigen könnte. Damit wäre die Zahl der Todesopfer mit den heutigen Krebsstatistiken vergleichbar. Besonders gefürchtet sind die ESKAPE-Erreger, eine Gruppe multiresistenter Krankenhauskeime. Das diesjährige iGEM-Projekt CAPTURE wurde entwickelt, um die ESKAPE-Erreger, genauer gesagt einen von ihnen, zu “erwischen” – zu CAPTUREn. Im Fokus stand Pseudomonas aeruginosa, der Hauptverursacher von beatmungsassoziierten Lungenentzündungen.
Anstelle von Antibiotika haben wir auf antimikrobielle Peptide (AMPs) gesetzt. Diese kleinen Proteine sind Effektoren des angeborenen Immunsystems und zerstören Erreger, indem sie deren Zellmembranen angreifen. Dieser Mechanismus erschwert es den Erregern, Resistenzen zu entwickeln.
Die Synthese von AMPs in großem Stil ist teuer und ineffizient. Aus diesem Grund ließen wir die Peptide direkt im Bakterium selbst produzieren, wofür wir das AMP auf einem Plasmid kodierten und dieses gezielt in P. aeruginosa einschleusten. Sobald das Bakterium das Plasmid aufgenommen hatte, begann es, das AMP selbst zu produzieren – und zerstörte sich damit selbst.
Vesikuläre Transportsysteme für gezieltes Einschleusen von Plasmiden in Bakterien
Für den Transport des Plasmids untersuchten wir zwei verschiedene Systeme: Lipid-Nanopartikel (LNPs) und Äußere Membranvesikel (Outer Membrane Vesicles, OMVs).
- Lipid-Nanopartikel (LNPs) sind synthetisch hergestellte Vesikel (50–500 nm). Durch die Anpassung ihrer Lipidzusammensetzung und Modifikationen der Oberfläche konnten wir ihre Stabilität, Transportkapazität und Zielspezifität verbessern.
- Äußere Membranvesikel (OMVs) hingegen sind natürliche Vesikel (20–200 nm), die von gramnegativen Bakterien gebildet werden. Sie spielen eine Schlüsselrolle beim Gentransfer und bei Stressantworten. Diese Vesikel statteten wir mit einem modularen SpyTag/SpyCatcher-System aus, das mithilfe eines Phage-Tail Proteins spezifisch an P. aeruginosa binden sollte.
