Lytischer Zyklus von Bakteriophagen

Bakteriophagen bzw. Phagen sind spezialisierte Viren, die Bakterien befallen. Ein wesentliches Merkmal der Phagen ist der ausgeprägte “Kopf-Schwanz”-Aufbau. Ein Phage beginnt den Infektionsprozess (d.h. der Lyse), indem sie sich an die Außenseite einer Bakterienzelle anheftet. Die Anheftung erfolgt über Proteine im Phagenschwanz, welche sich an spezifische Rezeptorproteine auf der Außenseite des Bakteriums binden. Der Schwanz injiziert das DNA-Genom der Phage in das bakterielle Zytoplasma. Im lytischen Replikationszyklus verwenden die Phagen die zelluläre Maschinerie des Bakteriums, um Proteine herzustellen. Diese sind für die Replikation und Verbreitung der Phagen entscheidend. Einige dieser Proteine bewirken, dass die Wirtszelle Wasser aufnimmt und nach Abschluss der Phagen-Replikation platzt oder lysiert. Dadurch werden Hunderte von Phagen freigesetzt, die neue Bakterienzellen infizieren können.

Die Phagentherapie

Im frühen 20. Jahrhundert erkannten Wissenschaftler bei der Bekämpfung bakterieller Infektionen in Nutzpflanzen, Menschen und landwirtschaftlichen Tieren erstmals den potenziellen Wert lytischer Bakteriophagen. Da jede Phagenart nur bestimmte Bakterienarten infizieren und lysieren kann, stellen Phagen eine hochspezifische Form der antibakteriellen Behandlung dar. Diese Eigenschaft steht im Gegensatz zu den bekannten Antibiotika, die wir häufig gegen bakterielle Infektionen einnehmen. Diese sind typischerweise Behandlungen mit einem breitem Spektrum und können gewöhnlich pathogene als auch nützliche Bakterien töten. Der weit verbreitete Einsatz von Breitbandantibiotika hat die Entwicklung von bakteriellen Resistenzen gegen ganze Klassen dieser Medikamente bewirkt. Einst behandelbare Infektionen werden dadurch wahrscheinlich tödlich gemacht. Da immer mehr pathogene Bakterien Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln, kann die Schmalband-Phagentherapie eine nützliche Alternative darstellen. Da Phagen in den Bakterien, die sie infizieren, hochspezifisch sind, ist die Entwicklung von Resistenzen gegen Phagen auch auf den jeweiligen Bakterienstamm beschränkt.

Allerdings müssen mehrere Hürden überwunden werden, damit die Phagentherapie eine brauchbare Alternative zum Einsatz von Antibiotika wird. Zum Beispiel ist die hohe Spezifität der Phagen auch ein Nachteil. Für jede Spezies des bakteriellen Erregers oder gar eines Bakterienstammes innerhalb einer pathogenen Spezies wird eine andere Phagenart benötigt. Es ist daher schwierig, Phagen für viele verschiedene bakterielle Infektionen in großem Umfang herzustellen. Außerdem ist es aufgrund der Phagenspezifität notwendig, entweder den jeweiligen Bakterienstamm zu kennen, der eine Infektion verursacht, oder mehrere verschiedene Phagen für die Behandlung zu verwenden. Dann muss man darauf hoffen, dass einer die pathogenen Bakterien angreift. Trotz dieser Nachteile bleibt die Phagentherapie ein Feld, in dem aktiv geforscht wird.