Wie Multi-Resistente Staphylococcus aureus-Zellen (die berühmt-berüchtigten MRSA) ein Antibiotikum austricksen

 

Ich benutze picsart_10-25-08-07-39das Adjektiv „faszinierend“ für meine Beiträge sehr häufig, doch passender können die Ergebnisse, welche Wissenschaftler weltweit zu Tage fördern, einfach nicht beschrieben werden.

Forscher des Imperial College London um Dr. Andrew Edwards konnten in einer gestern in Nature Microbiology veröffentlichten Studie zeigen, wie MRSA-Zellen der Wirkung eines der wirksamsten Reserveantibiotika entgehen können: dem Daptomycin.

Dieses Antibiotikum wird dann einsetzt, wenn kaum noch andere Wirkstoffe bei Haut- und Weichteil-Infektionen eine Wirkung zeigen. Und auch hier können in 20% der Fälle Resistenzen auftreten, was bei einem Erreger, der gegen immer mehr Antibiotika resistent wird, ein immens großes Problem darstellt. Das Daptomycin bindet u.a. an die Zellmembran (genauer an die Phospholipid-Doppelschicht im Inneren der Membran) der MRSA-Zellen, reichert sich dort an und bildet Poren, so dass wichtige Ionen aus der Zelle heraustreten und die Zelle somit geschädigt wird. Um diesem Schicksal zu entgehen, machen die Zellen etwas, was Piloten einer F22-Raptor (das oben dargestellte Kampfflugzeug) bei einer nahenden Rakete (analog zum Daptomycin) auch machen würden: sie lassen sogenannte „flares“ ab, das sind Täuschkörper, die die Raketen dann ablenken. Als Täuschkörpern werden dann aber Membran-Phospholipide abgesondert, die genau das Gleiche machen: nämlich das Daptomycin abfangen, da beide eine fettartige Struktur aufweisen und somit dem Tod entgehen. Es gibt noch zig andere sogenannte Immun-Evasions-Mechanismen, aber alle haben eines gemeinsam: sie sind einfach nur genial!

Bildquellen:

Links: F22-Raptor
Rechts: MRSA-Zelle, die Membran-Phospholipide absondert

Warum bestimmte Nahrungsmittel zu Migräne führen können. 

Und wieder faszinierende Ergebnisse zum Einfluss unserer bakteriellen Mitbewohner (des sogenannten humanen Mikrobioms) auf unsere Gesundheit. Erst kürzlich berichtete ich von einem sehr wahrscheinlichen Zusammenhang des intestinalen Mikrobioms (sprich der bakteriellen Bewohner unsere Darms) auf die Entstehung der multiplen Sklerose. Nun gibt es ähnliche Ergebnisse zur Entstehung der Migräne. Eine fürchterlich schmerzhafte Krankheit mit unbekanntem Ursprung. Millionen Menschen leiden dabei an immer wiederkehrenden, sehr schlimmen Schmerzen in der Schläfen- und Sitrnregion, Lichtempfindlichkeit, Übelkeit etc., wodurch ein normaler Tagesablauf nicht mehr möglich ist.

U.a. Entzündungsprozesse im Gehirn werden als möglicher Auslöser gehandelt und auch bestimmte Nahrungsmittel als sogenannte Trigger bzw. Auslöser einer Migräneattacke sind bekannt. All diese Nahrungsmittel haben eines gemeinsam: einen hohen Gehalt an Nitrat. 

Wie eine neue Veröffentlichung von Forschern der Universität California zeigen konnte (http://msystems.asm.org/content/1/5/e00105-16#DC1) besitzen für Migräne anfällige Patienten eine anders zusammengesetzte Mikroflora des Mundes. 

Nach der genetischen Analyse der sogenannten 16S rRNA von hunderten Speichel- und Stuhlproben konnten die Forscher einen klaren Unterschied in der Zusammensetzung des jeweiligen Mikrobioms feststellen. Nitrat-reduzierende, sprich verstoffwechselnde, Bakterienarten der Gattungen Streptococcus und Pseudomonas waren gehäuft in den Proben von Migränepatienten anzutreffen. Ein klarer Hinweis auf folgenden Zusammenhang:

metabolisieren, also verstoffwechseln, diese Bakterienarten das oral zugeführte Nitrat zu Nitrit, wird dieses wiederum zu Stickstoffmonoxid umgesetzt, was wiederum zu Gefäßerweiterungen (Vasodilatation) führen kann und dies schlußendlich zu den gefürchteten Migräneattacken. 

Wenn sich dieser Zusammenhang tatsächlich als ein Auslöser der Migräne herausstellt, könnte man mit probiotischen Ansätzen versuchen diese Bakterienarten durch nicht nitrat-umsetzende Arten zu ersätzen und die Migräneattacken verhindern. 

Sehr spannend und dieser Ansatz wird auf jeden Fall weiter verfolgt werden. Updates folgen, sollten sich hier spannende Neuigkeiten ergeben.

Moral or not Moral? Von der Moral des autonomen Fahrens.

Das autonome Fahren wird immer mehr zur Realität. In schätzungsweise 5-10 Jahren werden immer mehr Fahrfunktionen von einer KI gesteuert werden und wir werden uns zurücklehnen und eine Zeitung lesen. Wenn wir der Technik denn vertrauen wollen. Noch gibt es einige Probleme und Fragen zu klären. U.a. die Frage, wie denn die KI bei einer bevorstehenden und unvermeidbaren Kollision entscheiden soll, um möglichst viele Leben zu retten.moral Nur welches Leben ist lebenswert?

Der KI muss daher also eine Art Moral einprogrammiert werden. Dazu hat das MIT eine Moral Machine ins Netz gestellt, um zu verstehen, wie wir Menschen entscheiden würden.

Soll lieber eine Frau sterben oder ein Mann? Alt oder jung? Und was ist mit dem sozialen Status: gesetzestreuer Bürger oder doch lieber der Verbrecher?

Testet Sie es selbst:

http://moralmachine.mit.edu/

Bildquelle: http://caramelosblog.es/2011/10/moral-genetica/

Der Nobelpreis für Medizin 2016 geht an Autophagie-Forscher aus Japan

Der Nobelpreis für Medizin 2016 wird an Prof. Dr. Yoshinori Ohsumi aus Japan vergeben. Ich hatte eigentlich erwartet, dass der diesjährige Preis an Prof. Dr. Emmanulle Charpentier für die Mitentdeckung des bahnbrechenden, gentechnischen Tools CRISPR-Cas9 verliehen werden würde, aber es kam nun doch anders. Sicherlich nicht unverdient. Seine 1993 veröffentlichte, wegweisende Puplikation

„Isolation and characterization of autophagy-defective mutants of Saccharomyces cerevisiae“

Honorary Professor Yoshinori Ohsumi

in der er und sein Kollege Tsukada 15 verschiedene Gene aus der Bäckerhefe, die für den zellulären Mechanismus der Autophagie wichtig sind, in mühsamer mikroskopischer Handarbeit beschrieben,  und natürlich für viele weitere Arbeiten zum diesem Thema, erschien dem Kommitee als würdig, die größte wissenschaftliche Auszeichnung innerhalb der Medizin und Biologie an diesen Wissenschaftler zu vergeben.

Ich gratuliere von Herzen, da die Autophagie ein sehr wichtiger, zellulärer Prozess, auch im Menschen ist. Folgende Grafik verdeutlich dies sehr gut:

autophagy

Die Autophagie könnte man sehr gut mit einer Art Selbt-Verdauung, oder treffender, mit einer Art Recyclingprozess beschreiben. Hungern z.B. menschliche Zellen, sprich werden diese nicht ausreichend mit Nährstoffen versorgt, so werden einzelne, nicht benötigte Proteine innerhalb der Zelle abgebaut und die Aminosäuren anderen, biochemischen Prozessen innerhalb der Zelle zugeführt. Ebenso spielt die Autophagie eine Rolle beim Abbau von defekten Proteinen (oftmals durch eine Fehlfaltung der Proteine herrührend, siehe dazu Tertiärstruktur der Proteine) und somit auch eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Krankheiten, wie z.B. Krebs. Aber auch bei Infektionen spielt dieser Prozess eine sehr wichtige Rolle, wie die Arbeitsgruppe unter Führung meiner geschätzen Kollegin Frau Prof. Dr. Tassula Proikas-Cezanne (Universität Tübingen) zeigen konnte.

In dieser Arbeit, in Zusammenarbeit mit meiner alten Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Friedrich Götz (ebenfalls Universität Tübingen), konnte eindrucksvoll gezeigt werden, wie mit der Bakterienart Staphylococcus aureus infizierte Zellen, diese Bakterien in sogenannten Autophagosomen umschlossen und höchstwahrscheinlich der Zerstörung mit Hilfe von bestimmten Enzymen (sogenannten Lysozymen) zugeführt werden. Also eine Art Abwehrmechanismus unseres Körpers, zusätzlich zu Mechanismen unseres Immunsystems.

Ich denke, es wird sehr gut ersichtlich, wie wichtig die Autophagie für die Gesundheit des Menschen ist.

Bildquellen:
http://www.titech.ac.jp/english/news/2015/030266.html
http://www.tanpaku.org/autophagy/

Maschinelles Lernen wird zum Teil unseres Alltags

Google – Unfassbar innovative Datenkrake. Gegründet 1998 und aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken.

Im Jahre 2016 als Tochtergesellschaft der Konzernmutter Alphabet firmierend, forschen die relativ geheimen Labore Google’s, besser bekannt als Google X, an faszinierenden Produkten, die viele Menschen sicherlich für Science-Fiction halten werden.why-need-img-2

Beginnend bei autonomen Autos, Robotern, Quantencomputern, Smartphones, Betriebssystemen, Blutzuckermessenden Kontaktlinsen, bis hin zu einer Technologie, die die Welt noch viel weitgehender verändern wird: der künstlichen Intelligenz.

Basierend auf neuronalen Netzwerken, also Computern, die wie ein Gehirn aufgebaut sind, nutzt Google das sogenannte maschinelle Lernen, oder auch „Deep learning“ genannt, und kombiniert diese mit Big Data-Ansätzen, um so Computern z.B. das menschliche Denken bzw. menschliche Intelligenz anzutrainieren. Vor einiger Zeit konnte dem sogenannten Google Brain (einem Verbund aus 1000 Computern, zusammengeschlossen zu einem neuronalen Netzwerk, für mehr Infos: https://research.google.com/teams/brain/) das Unterscheiden von menschlichen Gesichtern und dem von Katzen beigebracht werden (http://arxiv.org/abs/1112.6209).

Nun münden diese Anstrengungen auch erstmals in einem Produkt des Alltags: dem Google Translator. Jeder kennt diese App oder Web-App und ist nicht gerade zufrieden mit seiner Genauigkeit bei Übersetzungen, vor allem von weniger bekannten Sprachen ins Deutsche. Dies wird sich nun grundlegend ändern, da durch dieses Update ein auf „Deep learning“ basierender Algorithmus implementiert wird, der die Genauigkeit der Übersetzungen um bis zu 60% steigern soll. Faszinierend, unser Leben enorm erleichternd, aber auch durchaus beängstigend, wenn man die kombinierte Anwendung aller Google-Technologien bedenkt. Dazu aber in einem weiteren Beitrag mehr.

http://www.nature.com/news/deep-learning-boosts-google-translate-tool-1.20696?WT.mc_id=FBK_NatureNews

Bildquelle: www.google.com

​Aducanumab – Hoffnung im Kampf gegen das Vergessen

Dieser kryptischer Name steht für einen sehr erfolgversprechenden mono-klonalen Antikörper zur Therapie des Morbus Alzheimer. Erste Studien in Mäusen und an Patienten konnten zeigen, dass die zeit- und dosisab-hängige Gabe von max. 10 mg(kg Körpergewicht des Antikörpers die Konzentration an den wahrscheinlich ursächlichen ß-Amyloiden senken und auch den Fortschritt der Krankheit verlangsamen konnte. Sollten die anstehenden Phase-III-Studien erfolgreich verlaufen, so werden gleich 2 Fliegen mit einer Klappe geschlagen:

1. die ß-Amyloid-Hypothese wird bestätigt und
2. steht uns endlich eine sehr vielversprechende Therapieoption zur Verfügung.

Ich drücke den beteiligten Forschern die Daumen. Für uns alle…

http://www.nature.com/nature/journal/v537/n7618/full/nature19323.html

Die Sache mit den Energy Drinks

Red BullEnergy Drinks sind kaum noch wegzudenken aus der heutigen Zeit und in Maßen konsumiert sollen sie kein Problem darstellen. So die einstimmige Meinung. Doch mehren sich die Studien, die einige Gesundheitsbedenken hervorrufen. Dass Energy Drinks in Verbindung mit Alkohol nicht das Gelbe vom Ei sind, wurde schon vor einigen Jahren gezeigt. Auch häufen sich die Studien, die die negativen Auswirkungen auf unser Herzkreislauf-System beschreiben. Nicht ganz unverständlich, wenn man sich anschaut, was in einer Dose dieser Getränke enthalten ist.  U a. 240 mg Koffein, 1- 2000 mg Taurin (einem Abbauprodukt der Aminosäuren Cystein und Methionin) und Guaraná-Extrakt. Alles aufputschende Substanzen. Wer diese neue Studie nun liest, wird vielleicht seine Meinung langsam aber sicher ändern. Zugegeben, die Testgruppe ist sehr klein (ganze 25 Probanden) und die Studie bezieht nur eine kurze Zeitspanne mit ein, dennoch finde ich die Resultate beeindruckend. Im negativen Sinne. Aber was wurde denn nun genau gemacht?

Wissenschaftler der Mayo Clinic aus Rochester in Minnesota (USA) untersuchten die Auswirkungen eines Energydrinks eines bekannten Herstellers (nein, nicht des in der Abbildung gezeigten Herstellers). Sie ließen 25 gesunde, nicht-rauchende und junge Probanden (Durchschnittsalter 29 Jahre) innerhalb von 2 Tagen eine große Dose (480 ml) des Getränks innerhalb von 5 Minuten und ein vergleichbares Getränk ohne die aufputschenden Zusätze trinken.

Folgendes konnte beobachtet werden:

1. Der Blutdruck stieg nach dem Konsum um 6,2% (Systole) und 6,8% (Diastole)

2. Der Noradrenaline-Wert gar um 73,6 %. Dies ist insofern bedenkenswert, da erhöhte Konzentrationen auch bei Krankheitsbildern, wie der Herzinsuffizienz zu finden ist.

Wichtig: diese Studien sollen keine Panik erzeugen und auch niemandem vorschreiben, was er wann und wo trinken soll. Dennoch ist es wichtig, zu wissen, wozu manch synthetisches Getränk führen kann.

Original-Studie: http://jama.jamanetwork.com/article.aspx?articleid=2469194

Das alte Lied vom Rauchen

Liebe Leser,

als Ex-Raucher ist mir das Thema Zigaretten ein sehr Wichtiges. Wie der neue Raucher-Atlas des Deutschen Krebsforschungsinstituts (DKFZ) schreibt, „sterben 121.000 Menschen in Deutschland an den Folgen des Rauchens.“ Das sind 13,5% der jährlichen Todesfälle in Deutschland. Zudem wird im Norden mehr geraucht, als im Süden.

http://www.dkfz.de/de/presse/pressemitteilungen/2015/dkfz-pm-15-49-Tabakatlas-Deutschland-2015-Neue-Daten-neue-Fakten.php

Dabei ist es tatsächlich einfach aufzuhören mit dem Rauchen. Man muss nur wollen, seine Lungen nicht mehr mit über 7000 chemischen Verbindungen zu behandeln, wovon 70 dieser Verbindungen bewiesenermaßen karzinogen, sprich krebserregend, sind.

Das Rauchen ist wie ein langsamer Selbstmord, für den man auch noch bezahlt.

Zigaretten

3 Engel für den Darm – Wie Bakterien den Darm schützen können

BakterienGut-microbiota.pngjeder kennt sie, viele hassen sie. Die Wahrheit ist: die meisten Arten sind gut, ja sogar überlebenswichtig. Nur wenige sind böse, sprich pathogen, verursachen also Krankheiten.  Und sie leben überall, man spricht vom humanen Mikrobiom. Dabei besiedeln sie unsere Haut und auch unseren Darm. Dieser  beherbergt schätzungsweise unglaubliche 1014 bakterielle Zellen und somit zehn mal mehr Zellen als unser Körper besitzt. Und das hat auch seinen Grund:  ohne unsere bakteriellen Darm-Bewohner, der sogenannten intestinalen Mikrobiota (bestehend aus ca. 500 – 1000 verschiedenen Arten), wäre unsere Verdauung ineffektiv. Sie helfen uns allgemein dabei unsere Nahrung zu verdauen (im Zusammenspiel mit körpereigenen Enzymen, wie dem Pepsin) versorgen uns mit Vitaminen, kurzkettigen Fettsäuren und helfen uns auch beim Abbau von körperfremden Stoffen, die uns sonst schaden könnten. Sehr wichtig und wenig bekannt, ist aber der Aspekt der Kolonisationsresistenz. Würde unser Darm nicht von Arten, wie z.B. Lactobacillus rhamnosus GG oder  Bifidobacterium lactis besiedelt, könnten sich pathogene Arten wie Clostridium difficile  oder auch der berühmt-berüchtigte enterohämorraghische Escherichia coli, besser bekannt als EHEC, im Darm festsetzen, sich dort vermehren und zu sehr gefährlichen Erkrankungen bis hin zum Tode führen. Das vorherrschende Gleichgewicht zwischen guten und bösen Bakterien ist also sehr wichtig und somit schützenswert. Und es ist so einzigartig, wie ein Fingerabdruck. Unser Mikrobiom begleitet uns sogar, egal, wo wir hingehen. Ein Durcheinanderwirbeln dieses hochsensiblen Miteinanders kann zu Fettleibigkeit (Adipositas) führen, wie aktuelle Studien zeigen konnten, oder sogar zu chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen und Typ 1-Diabetes.

Aufgrund dieses faszinierenden Zusammenspiels und seiner Komplexität, bin ich strikt gegen die unbedachte Verschreibung von Antibiotika. Denn diese bakterien-tötenden oder das Bakterienwachstum hemmenden Moleküle wirken leider nicht gezielt genug, sprich bei einer oralen Antibiotika-Therapie, vor allem beim Einsatz von sogenannten Breitband-Antibiotika, wird auch die für unsere Gesundheit so wichtige Darmflora in Mitleidenschaft gezogen. Stellen Sie sich ein Schleppnetz auf dem Grund des Darmbodens vor, welches einfach alles mitnimmt, was ihm im Weg steht und nur noch eine tote Einöde hinterlässt. Mit teilweise verheerenden Folgen.

Genau hier kommen die berühmten Probiotika ins Spiel. Dazu muss man sich keine teuren Produkte diverser Großkonzerne kaufen, es genügt auch der Verzehr von normalem Joghurt oder Sauerkraut. Nach einer Antibiotika-Therapie kann man seine Darmflora zum Glück in den meisten Fällen wiederherstellen, indem man Produkte verzehrt, die diese guten Bakterien, wie Lactobacillen und Bifidobakterien, enthalten. Wissenschaftler der Universität von Tasmanien gingen nun der Frage nach, ob denn diese Probiotika bei Gabe während einer Antibiotika-Therapie bei Kindern diese vor der Hauptnebenwirkung Durchfall schützen könnten. Dazu führten sie eine placebokontrollierte klinische Studie an 72 Kindern durch und verabreichten 34 jungen Patienten 200 Gramm pro Tag eines probiotischen Joghurts aus dem Handel. Dieser Joghurt enthielt die Bakterienarten Lactobacillus rhamnosus GG (LGG), Bifidobacterium lactis (Bb-12) and Lactobacillus acidophilus, also alles Vertreter der “Guten”.
36 Patienten bekamen einen pasteurisierten Joghurt, also einen Joghurt mit abgetöteten Bakterien (Kontrollgruppe).  Das Ergebnis war oder ist beeindruckend: es trat kein schwerer Durchfall in der Gruppe auf, die den probiotischen Joghurt bekam, wohingegen sechs Kinder der Kontrollgruppe daran erkrankten.

Was ich Ihnen, liebe Leser, damit aufzeigen möchte, ist die wundervolle Wirkung von Bakterien auf unseren Körper, auf unsere Gesundheit und das nicht alle Bakterien böse sind. Daher gilt es sehr gut abzuwägen, wann Antibiotika eingesetzt werden sollten und wann nicht.

Originalpublikation:

Can probiotic yogurt prevent diarrhoea in children on antibiotics? A double-blind, randomised, placebo-controlled study

Neutrophile Granulozyten: Tour-Guides der T-Zellen

Influenza_virus_particle_color.jpgWas passiert eigentlich bei einer Grippe? Nun, kurz gesagt: das Influenza-Virus (und hier bitte ich zwischen einer echten, durch den Influenza-Virus ausgelösten Grippe und dem grippalen Infekt, ausgelöst durch Coronaviren oder Adenoviren, unterscheiden!) gelangt meist durch eine Tröpfeninfektion in unsere Atemwege und schleust sich dort in die Lungenepithelzellen ein. Krank macht uns das Vermehren der Viren (es können bis zu 20000 pro Zelle gebildet werden), weil dabei die Zelle abstirbt. Hinzu kommt natürlich unsere Immunreaktion zur Bekämpfung der virenverseuchten Zellen. Und genau dabei spielen die sogenannten cytotoxischen T-Zellen, oder auch CD8+-T-Zellen, eine sehr wichtige Rolle. Denn sie sind es, die die infizierten Zellen erkennen und dann gezielt abtöten.

Dazu müssen die T-Zellen allerdings an den Ort des Geschehens kommen und genau dabei helfen neutrophile Granulozyten, kurz Neutrophile genannt. Diese speziellen Immunzellen gehören zum sogenannten angeborenen Immunsystem und stellen eine sogenannte “schnelle Eingreiftruppe” dar, die als erste an Ort und Stelle sind. Lim et al. von der Uni Rochester (New York, USA) konnten zum ersten Mal im Tierversuch visualisieren, was und wie genau das Ganze funktioniert. Dazu nutzten sie Immunfluoreszenz-Mikroskope, mit Hilfe derer zuvor mit speziellen Antikörpern angefärbte Zellen und Gewebe, farblich markiert werden können. Das Team konnte zeigen, dass die Neutrophilen unabdingbar sind, um die CD8+-T-Zellen an den Infektionsherd zu lenken.
An Tag drei oder vier sind sie schon vor Ort und legen bei Ihrer Wanderung (auch Migration genannt) molekulare Brotkrumen aus, denen dann die CD8+-T-Zellen folgen (siehe Bild unten), um nach ca. einer Woche auch anzukommen. Diese Brotkrumen bestehen aus dem Chemokin CXCL12, welches dazu in die Membran der Epithelzellen eingelagert wird. Und genau das ist das Erstaunliche, dachte man doch zuvor, dass die Chemokine einfach sekretiert werden und die T-Zellen diesem chemischen Gradienten folgen. Fehlen diese Neutrophilen oder ist kein CXCL12 vorhanden, so sind weniger CD8+-T-Zellen vor Ort, welche auch noch weniger effektiv sind.

Unser Immunsystem ist einfach ein Wunder.

Neutrophilen-Pfad lenkt die virus-spezifische CD8+ T-Zellen-Migration (Kihong Lim et al. Science 2015;349:aaa4352)