Neues Impfkonzept bekämpft gefährliche Bakterien im Darm
Im Kampf gegen bakterielle Krankheitserreger setzen Forschende auf eine Kombination aus Impfung und gezielter Besiedlung des Darms mit harmlosen Mikroorganismen. Der Ansatz hat das Potenzial, die Antibiotikakrise zum Besseren zu wenden.
03. April 2025
Mit den Bakterien in unserem Darm ist das so eine Sache. Einerseits sind die Mikroorganismen für uns lebenswichtig. Sie sind es, die im Darm unsere Nahrung verdauen. Andererseits gibt es unter den Bakterien auch viele Krankheitserreger. Manche können Durchfall verursachen, und bei anderen kommt es auf die Umstände an: Sie können lange unbemerkt im Darm leben, aber gefährlich werden, wenn das Immunsystem geschwächt oder die Darmwand geschädigt ist oder wenn sie über Wunden ins Blut gelangen. Dann kann es zu einer Blutvergiftung oder zu lebensbedrohlichen Entzündungen von Organen kommen.
Schon länger forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Impfstoffen gegen die krankheitserregenden Mikroben im Darm, vor allem gegen solche, gegen die Antibiotika wegen Resistenzen unwirksam geworden sind. Dies ist jedoch kein einfaches Unterfangen, da das Immunsystem des Darms anders funktioniert als das des restlichen Körpers. Ausserdem hat die Wissenschaft das Darm-Immunsystem noch nicht vollständig entschlüsselt.
Wirksame Kombination
Prof. Dr. Médéric Diard von der Universität Basel und Prof. Dr. Emma Slack von der ETH Zürich und der Universität Oxford haben mit einem internationalen Team von Forschenden gezeigt, wie man hochwirksame Schluckimpfungen gegen Darmerreger formulieren kann. Nämlich indem man nicht nur den Impfstoff verabreicht, sondern ihn mit gutartigen Bakterien kombiniert, die den krankmachenden Mikroben die Nahrung streitig machen und sie so aushungern. Dies wiesen die Forschenden in einer Studie bei Mäusen nach. Sie veröffentlichten die Arbeit in der Fachzeitschrift «Science».
Mit dem kombinierten Ansatz konnten die Forschenden in den Mäusen sowohl eine Besiedlung mit Salmonellen verhindern, als auch bereits angesiedelte E. coli-Bakterien wirksam bekämpfen. In beiden Fällen zeigten die Impfung oder die gutartigen Mikroben allein deutlich weniger Wirkung.
Damit die konkurrierenden Stämme erfolgreich mit den krankmachenden Mikroben in Konkurrenz treten können, müssen sie möglichst unter denselben Bedingungen wachsen, also im gleichen Darmabschnitt leben, mit dem gleichen Säuregrad und Sauerstoffgehalt zurechtkommen und die gleichen Nährstoffe verwerten.
Entsprechend wählten die Forschenden geeignete Konkurrenzstämme aus oder stellten solche her. Im Rahmen der Studie zeigten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Labor, dass es möglich ist, mittels Gentechnik einen hochwirksamen Salmonella-Konkurrenzstamm herzustellen. Doch es kann auch ohne Gentechnik klappen, wenn natürlich vorkommende Stämme geschickt ausgewählt und kombiniert werden, wie die Forschenden mit einer Mischung aus drei natürlich vorkommenden E. coli-Stämmen zeigten.
«Wie beim Gärtnern»
«Mit einem Impfstoff können wir krankheitserregenden Bakterien zwar dezimieren, aber um langfristig erfolgreich zu sein, brauchen wir gutartige Mikroorganismen, die die entstandene Nische im Darmökosystem ausfüllen», erklärt Slack. «Es ist wie beim Gärtnern. Wenn man an einer Stelle im Garten Unkraut vermeiden will, muss man dort nach dem Jäten andere Pflanzen setzen. Lässt man den Boden hingegen leer, wächst das Unkraut einfach wieder nach.»
Wie frühere Studien zeigten, haben einzelne Menschen in ihrer Darmflora von Natur aus Bakterienstämme, die mit krankmachenden Bakterien konkurrieren und sie so in Schach halten. Bei diesen Menschen funktionierten Impfungen gegen Darmerreger schon bisher gut. Indem beim neuen Ansatz die Konkurrenzstämme mit der Impfung mitverabreicht werden, könnte auch bei Menschen, die keine solchen Konkurrenzstämme besitzen, ein guter Schutz erzielt werden.
«Wir haben uns in dieser Studie darauf konzentriert, einen E. coli Stamm durch einen anderen zu ersetzen», erklärt Médéric Diard vom Biozentrum der Universität Basel, Co-Autor der Studie. «Einen im Darm bereits etablierten Bakterienstamm zu verdrängen ist schwierig, da er sämtliche Ressourcen und Platz in Anspruch nimmt. Für einen neuen Stamm ist es daher schwer, sich durchzusetzen. Zwar könnte man Antibiotika einsetzen, doch wegen des Risikos der Resistenzentwicklung sollte man dies eher vermeiden.»
Antibiotikaverbrauch reduzieren
Ein grosser Vorteil des neuen Ansatzes: Er verdrängt krankheitserregende Bakterien ohne Antibiotika. Und er wirkt auch gegen antibiotikaresistente Keime, die zum immer grösseren Gesundheitsproblem werden.
Mit dem neuen Ansatz könnten krankheitserregende oder sogar antibiotikaresistente Bakterien im Darm von Patientinnen und Patienten vor chirurgischen Eingriffen eliminiert werden. Besonders wichtig wäre dies zum Beispiel vor Transplantationen, bei denen die Patientinnen und Patienten immununterdrückende Medikamente einnehmen müssen. Dadurch liesse sich der Antibiotikaverbrauch reduzieren, betonen die Forschenden.
Auch vor Reisen in ferne Länder, in denen Bakterienstämme zirkulieren, auf die das Immunsystem nicht vorbereitet ist, könnte der Ansatz helfen. «Generell gilt: Je besser es uns gelingt, gefährliche und antibiotikaresistente Stämme in der Bevölkerung zu dezimieren, desto besser ist das für die Gesundheit aller Menschen», sagt Slack.
«Die Kombination aus Impfung und konkurrierenden Bakterienstämmen ist sehr wirksam, um einen bereits etablierten Stamm zu verdrängen» fügt Diard hinzu. «Dieser Ansatz könnte auch bei wiederkehrenden Harnwegsinfektionen durch E. coli hilfreich sein, da bei vielen Patienten der Darm als Reservoir für diesen Erreger dient.»
Dereinst könnten Menschen zum Beispiel eine Kapsel schlucken, die den Impfstoff und die Konkurrenz-Bakterien enthält. Bis zur Anwendung bei Menschen ist allerdings noch weitere Forschung nötig. In der aktuellen Studie zeigten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei Modell-Krankheitserregern, dass es möglich ist, sie aus dem Darm zu verdrängen. Nun beginnt für die Forschenden die grosse Arbeit, ihre Erkenntnisse auf klinisch relevante Mikrobenstämme und auf den Menschen zu übertragen.
Dieser Artikel beruht auf einer Medienmitteilung der ETH Zürich.
Originalpublikation
Lentsch V, Woller A, Rocker A, Aslan S, Moresi C, Ruoho N, Larsson L, Fattinger SA, Wenner N, Cappio Barazzone E, Hardt WD, Loverdo C, Diard M, Slack E
Vaccine-enhanced competition permits rational bacterial strain replacement in the gut.
Science (2025), doi: 10.1126/science.adp5011
