HZI-Wissenschaftler des PROTON-Teams (v.l.n.r.): Dr. Aditya Shekhar, Prof. Mark Brönstrup, Dr. Dominik Heimann
Thema
Neue Spielregeln im Wettlauf gegen Antibiotikaresistenzen
Anstatt Bakterien mit einem Antibiotikum abzutöten, entwickeln Forschende am HZI einen Pathoblocker, der Staphylococcus aureus entwaffnet – eine vielversprechende Strategie, um die Ausbildung von Antibiotikaresistenzen zu verlangsamen
Mandelentzündung, bakterielle Lungenentzündung oder eine Mittelohrentzündung? Jahrzehntelang konnten wir solche Infektionen problemlos mit Antibiotika behandeln. Da Bakterien jedoch zunehmend Resistenzen gegen antimikrobielle Wirkstoffe entwickeln, ist diese Selbstverständlichkeit gefährdet. Um uns vor einer Zukunft ohne Antibiotika zu bewahren, erforschen Wissenschaftler:innen am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) neue Behandlungsstrategien. In der Abteilung „Chemische Biologie“ unter der Leitung von Prof. Mark Brönstrup entwickeln sie einen Pathoblocker, der ein krankheitsverursachendes Toxin von Staphylococcus aureus neutralisiert, ohne das Bakterienwachstum zu beeinträchtigen. Da der Erreger hierbei nicht abgetötet, sondern entwaffnet wird, könnte dieser Ansatz den evolutionären Druck verringern, der die Entstehung von Antibiotikaresistenzen vorantreibt.
Bakterien können durch zufällige genetische Mutationen oder den Austausch natürlich vorkommender Resistenzgene Resistenzen gegen antimikrobielle Wirkstoffe erwerben. Antibiotika eliminieren nur anfällige Bakterien, während resistente überleben, sich vermehren und ausbreiten. Der jahrzehntelange Einsatz und Missbrauch von Antibiotika in der Humanmedizin, der Veterinärmedizin und der Landwirtschaft haben diesen evolutionären Prozess erheblich beschleunigt.
Gleichzeitig hat sich die Entwicklung neuartiger Antibiotika drastisch verlangsamt. In den vergangenen Jahrzehnten kamen nur sehr wenige wirklich neue Antibiotika-Klassen auf den Markt, sodass Ärzt:innen ein zunehmend begrenztes Arsenal im Kampf gegen resistente Erreger zur Verfügung steht. Laut einer viel zitierten Studie, die in The Lancet veröffentlicht wurde, standen im Jahr 2021 weltweit mehr als 4,7 Millionen Todesfälle im Zusammenhang mit bakterieller antimikrobieller Resistenz (AMR). Ohne neue Gegenmaßnahmen könnte diese Zahl erheblich steigen. Daher erforschen Wissenschaftler:innen zunehmend neue Konzepte zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen.
Pathoblocker: Bakterien entwaffnen, statt sie abzutöten
HZI-Forscher haben einen Pathoblocker gegen Staphylococcus aureus entwickelt.
Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) verfolgen Forscher:innen eine solche neuartige Strategie. In der Abteilung „Chemische Biologie“ unter der Leitung von Prof. Mark Brönstrup entwickelt das interdisziplinäre Forschungsteam des PROTON-Projekts einen Pathoblocker gegen Staphylococcus aureus. Dieser Erreger ist weltweit eine der Hauptursachen für Todesfälle im Zusammenhang mit Antibiotikaresistenzen und verantwortlich für mehr als 500.000 Todesfälle pro Jahr.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Antibiotika tötet der neue Wirkstoffkandidat die Bakterien nicht ab und hemmt auch nicht ihr Wachstum. Stattdessen neutralisiert er ein Toxin, mit dem S. aureus das Gewebe des Wirts schädigt und schwere Infektionen verursacht. So wird der Erreger entwaffnet und kann der Wirt nicht mehr krankmachen. Da herkömmliche Antibiotika essenzielle bakterielle Funktionen unterbinden, haben resistente Stämme einen evolutionären Vorteil. „Der Wettlauf zwischen Antibiotika und Antibiotikaresistenz ist ein Wettlauf ohne Ziellinie“, sagt Prof. Mark Brönstrup. „Antibiotika, die auf essenzielle Funktionen abzielen, erzeugen immer einen Selektionsdruck. Resistenzen sind daher unvermeidlich; die Frage ist nur, ob wir ihr Entstehen und ihre Ausbreitung verlangsamen können.“
Bemerkenswert ist, dass die Verbindung erst auf das Toxin einwirkt, nachdem es von den Bakterien ausgeschieden wurde. „Das Durchdringen der bakteriellen Zellwand und der Membran ist für viele Antibiotika eine große Hürde“, sagt der Mikrobiologe Dr. Aditya Shekhar, einer der leitenden Wissenschaftler im PROTON-Team. Er veranschaulicht den Vorteil ihres Wirkstoffkandidaten mit einem einfachen Vergleich: „Wir fangen den Pfeil, nachdem er abgeschossen wurde, aber bevor er sein Ziel trifft.“ Zudem scheint S. aureus über keinen direkten Rückkopplungsmechanismus zu verfügen, der die Neutralisierung dieses Toxins durch eine verstärkte Produktion ausgleichen würde. Mit anderen Worten: Die Bakterien „bemerken“ nicht einmal, dass eine ihrer wichtigsten Waffen außer Gefecht gesetzt wurde.
Identifizierung von Biomarkern für die Präzisionsmedizin
Pathoblocker sind jedoch hochspezifisch. Zwischen verschiedenen Bakterienarten unterscheiden sich die Virulenzfaktoren erheblich, was bedeutet, dass ein gegen S. aureus entwickelter Pathoblocker gegen Erreger wie Pseudomonas aeruginosa nicht wirken würde. Diese Spezifität macht sie als präzise Therapeutika attraktiv, bedeutet aber auch, dass für verschiedene Erreger unterschiedliche Pathoblocker erforderlich sind.
„Wir entwickeln nicht nur das Medikament selbst, sondern erforschen auch Biomarker, die Ärzt:innen helfen könnten, die Patient:innen zu identifizieren, die am ehesten von der Behandlung profitieren“, sagt Shekhar. Solche Biomarker können gezieltere Therapien ermöglichen und gleichzeitig den unnötigen Einsatz von Breitbandantibiotika reduzieren.
Die Lücke zwischen Entdeckung und klinischer Entwicklung schließen
Bevor das PROTON-Team mit seinem Wirkstoffkandidaten klinische Studien beginnen kann, muss dieser entscheidende Sicherheitsstudien bestehen. Das Erreichen dieser Phase ist ein wichtiger Meilenstein und gleichzeitig eine der größten Hürden bei der Antibiotikaentwicklung. „Wir befinden uns in einer entscheidenden Phase für viele Antibiotika-Wirkstoffkandidaten: dem Übergang zur klinischen Entwicklung“, sagt der Pharmazeut Dr. Dominik Heimann. „Wir müssen diese Lücke schließen – nicht nur für unser Projekt, sondern für die gesamte Antibiotika-Pipeline.“
„Unser Wirkstoffkandidat hat das Potenzial, entweder allein oder in Kombination mit bestehenden Antibiotika eingesetzt zu werden“, erklärt Heimann. „Ein wesentlicher Teil unserer Arbeit besteht darin, das klinische Setting zu identifizieren, in dem er den größten Nutzen bringen kann.“ Trotz der Herausforderungen sieht Heimann eine zunehmende Dynamik in dem Forschungsbereich. „Endlich wächst das Bewusstsein für Antibiotikaresistenzen und die gesellschaftliche Wertschätzung für Antibiotika steigt“, sagt er. Das Potenzial des Pathoblocker-Ansatzes wird bereits heute wahrgenommen. Mark Brönstrup war einer von zehn internationalen Finalist:innen für den Preis „Science Breakthrough of the Year 2026“ von der Falling Walls Foundation – eine Anerkennung für die wissenschaftliche Bedeutung dieses Ansatzes.
Mark Brönstrup fasst zusammen: „Antibiotika sind weit mehr als nur Mittel zur Behandlung alltäglicher Infektionen. Sie stützen weite Teile der modernen Medizin, von der Intensivmedizin über die Krebstherapie bis hin zu komplexen chirurgischen Eingriffen. Es wird keine einzelne Lösung geben, um ihre Wirksamkeit zu erhalten. Es wird eine Kombination aus innovativen Medikamenten, intelligenteren Diagnostikverfahren und einem verantwortungsvollen Einsatz von Antibiotika erfordern.“ Pathoblocker werden das Problem der Antibiotikaresistenz nicht allein lösen, aber sie könnten die Spielregeln in einem Wettlauf gegen die Evolution verändern, den sich die Menschheit nicht leisten kann zu verlieren.
Die Falling Walls Foundation hat zwei Projekte des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) für den „Science Breakthrough of the Year 2026“ nominiert. Die Auszeichnung würdigt bahnbrechende wissenschaftliche Fortschritte, die Mauern in der Wissenschaft einreißen und weltweit Wirkung entfalten. Das von Prof. Mark Brönstrup geleitete PROTON-Team wurde für die Entwicklung einer neuartigen Antibiotika-Technologie gegen den Erreger Staphylococcus aureus nominiert. Zudem wurde das ENDURIVAC-Team, vertreten von Dr. Henning Jacobsen, für die Entwicklung einer Impfstoffplattform gewürdigt, die langfristige Immunität gegen Atemwegserreger erzeugt.
Der Science4Life Startup-Wettbewerb unterstützt Gründerteams aus den Lebenswissenschaften sowie den Bereichen Chemie und Energie dabei, ihre exzellenten wissenschaftlichen Ideen in marktfähige Innovationen zu überführen. In der jüngsten Konzeptphase wurde das Team des Projekts „PROTON“ vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) als Sieger ausgezeichnet. PROTON entwickelt einen neuartigen Wirkstoff zur Behandlung von Infektionen mit dem Keim Staphylococcus aureus. Von den 91 Bewerbungen für die Konzeptphase des Science4Life Venture Cups luden die Organisatoren zehn Teams ein, ihre Konzepte vorzustellen. Schließlich zeichneten sie fünf Gewinnerteams aus den Bereichen Life Sciences und Chemie sowie ein Team aus der Energieforschung aus.
In Deutschland sterben jährlich etwa 10.000 Menschen an einem antibiotikaresistenten Krankheitserreger. Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) und dem Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) arbeiten Wissenschaftler:innen auch mithilfe von künstlicher Intelligenz daran, neue Antibiotika zu finden. Sie suchen insbesondere nach Wirkstoffen, die bekannte Resistenzmechanismen umgehen und werden dabei von Freiwilligen unterstützt, die ihnen Bodenproben aus verschiedenen Lebensräumen zusenden. Anlässlich der Weltantibiotikawoche 2025 erklärt die Helmholtz-Gemeinschaft, wie die Forscher:innen multiresistenten Keimen den Kampf angesagt haben.
