Antibiotika gehören zu den wichtigsten Errungenschaften der modernen Medizin. Sie machen Operationen sicherer, ermöglichen die Behandlung schwerer Infektionen und haben dazu beigetragen, dass sich die Lebenserwartung in den vergangenen hundert Jahren verdoppelt hat. Doch ihr Erfolg gerät zunehmend in Gefahr: Immer mehr Krankheitserreger entwickeln Resistenzen gegen die verfügbaren Medikamente. Ohne neue Wirkstoffe könnten antibiotikaresistente Infektionen in 50 Jahren zu den häufigsten Todesursachen weltweit gehören.
Wie lassen sich neue Antibiotika finden, wenn viele bekannte Wirkstoffe ihre Wirkung verlieren? Ein Filmteam von Tierversuche verstehen hat das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) besucht und Forschende begleitet, die neue Wirkstoffkandidaten gegen gefährliche Infektionskrankheiten entwickeln. Besonders problematisch ist die Situation bei schwer behandelbaren Infektionskrankheiten wie Tuberkulose oder den multiresistenten sogenannten „Krankenhauskeimen“ wie MRSA. Gleichzeitig werden zuverlässige Antibiotika auch im Alltag der modernen Medizin dringend benötigt, etwa nach Operationen oder bei schweren Entzündungen.
Hoffnung im Kompost
Natürlicher Boden dient den Wissenschaftler*innen auf der Suche nach neuen Wirkstoffen als wichtigste Reserve. „Wir lernen aus der Natur“, erklärt Prof. Rolf Müller, geschäftsführender Direktor des HIPS, „Wir schauen uns letztendlich Ihren Komposthaufen an und fragen: Welche Mikroorganismen haben gelernt, sich dort durchzusetzen?“ Einige dieser Bakterien produzieren Antibiotika, um konkurrierende Mikroorganismen am Wachstum zu hindern. Genau dieses chemische Arsenal wollen die Forschenden verstehen und für die Entwicklung neuer Arzneimittel nutzbar machen. Besonders vielversprechend für die Forschung sind sogenannte Myxobakterien. Sie produzieren eine große Zahl bislang unbekannter Naturstoffe, die als Ausgangspunkt für neue Medikamente dienen könnten.
Langer Weg zum Wirkstoff
Bis aus einem Naturstoff ein Antibiotikum werden kann, sind viele Schritte notwendig. Zunächst müssen geeignete Mikroorganismen aus Umweltproben isoliert und unter Laborbedingungen kultiviert werden. Anschließend untersuchen die Forschenden die produzierten Substanzen und klären deren chemische Struktur auf. Mithilfe moderner Analyseverfahren können sie erkennen, aus welchen Molekülbausteinen ein Wirkstoff besteht und wie er aufgebaut ist. Danach folgt die Untersuchung der biologischen Eigenschaften: Wie wirkt die Substanz auf Krankheitserreger? Welche Prozesse in der Bakterienzelle werden beeinflusst? Und wie verträglich ist der Wirkstoff für menschliche Zellen? Viele Kandidaten scheiden bereits in dieser frühen Phase aus. Nur wenige Substanzen erfüllen die entscheidenden Voraussetzungen, weiter erforscht zu werden: Sie sind ausreichend wirksam gegen den Zielerreger, gleichzeitig stabil genug für den Einsatz im Körper und mit hoher Wahrscheinlichkeit frei von schädlichen Nebenwirkungen.
Zebrafisch-Larven als Modell
Vielversprechende Wirkstoffkandidaten, die erste Tests an menschlichen Zellkulturen bestanden haben, werden am HIPS im nächsten Schritt an Zebrafisch-Larven untersucht. Die kleinen Organismen ermöglichen es den Forschenden, die Wirkung einer Substanz in einem komplexeren biologischen System zu beobachten, ohne dafür höher entwickelte Versuchstiere wie Mäuse einzusetzen. „Die Fisch-Larven haben schon relativ früh ein voll ausgebildetes Organ- und Immunsystem“, erklärt Dr. Jennifer Herrmann, Teamleiterin in der Abteilung „Mikrobielle Naturstoffe“. Dadurch können die Forschenden untersuchen, wie sich ein Wirkstoff im gesamten Organismus verhält und ob unerwünschte Effekte auftreten.
So wenig Tierversuche wie möglich
Die Arbeit mit Fisch-Larven ist Teil der Anstrengungen des HIPS, Tierversuche so weit es geht nach dem 3R-Prinzip zu ersetzen, zu reduzieren und zu verfeinern. Fisch-Larven und Insekten können dabei eine wichtige Lücke zwischen Zellkulturmodellen und Versuchen mit höher entwickelten Tieren schließen. Frühe Entwicklungsstadien gelten rechtlich nicht als Tierversuche, da sich die Larven noch nicht selbstständig ernähren. „Wir bemühen uns im Hause extrem darum, im Sinne der 3R-Regeln zu arbeiten“, sagt Prof. Rolf Müller. Alte Fische, die nicht mehr zur Erzeugung von Larven für die Forschung eingesetzt werden können, dürfen im institutseigenen Aquarium ihre „Rente“ verbringen. Dennoch stoßen auch solche Modelle an Grenzen: Für die Zulassung neuer Medikamente sind Versuche mit Säugetieren gesetzlich vorgeschrieben, um mögliche schwere Nebenwirkungen vor der Anwendung am Menschen zuverlässig zu erkennen.
Große Herausforderung
Die Entwicklung eines neuen Antibiotikums ist ein langwieriger und kostenintensiver Prozess. Von der ersten Entdeckung eines Wirkstoffkandidaten bis zur möglichen Zulassung vergehen im Durchschnitt mehr als 10 Jahre, die Kosten können Milliarden Euro erreichen. Gleichzeitig ist der Bedarf an neuen Antibiotika groß, da immer mehr Krankheitserreger Resistenzen gegen bestehende Medikamente entwickeln.
Der Film begleitet die Suche nach neuen Wirkstoffen von der Bodenprobe bis zum potenziellen Arzneimittelkandidaten. Er zeigt, welche Chancen natürliche Mikroorganismen für die Entwicklung neuer Antibiotika bieten, welche Rolle alternative Methoden und Tierversuche dabei spielen und warum die Bekämpfung antimikrobieller Resistenzen zu den größten Herausforderungen der modernen Medizin zählt.
