Zusammenfassung:
Forscher an der Texas A&M University in den Vereinigten Staaten untersuchen die Rolle von Kupfer bei der körpereigenen Resistenz gegen Harnwegsinfektionen (HWI) und hoffen, mithilfe des körpereigenen natürlichen Abwehrmechanismus neue Wege zur Behandlung zunehmend schwerwiegender antibiotikaresistenter Harnwegsinfektionen zu finden. Das Projekt erhielt eine Förderung in Höhe von 1,48 Millionen US-Dollar von den National Institutes of Health (NIH). Der Forschungsschwerpunkt liegt nicht nur auf der Verwendung von Kupfer als traditionelles antibakterielles Medikament, sondern auch darauf, herauszufinden, wie der Körper Kupfer nutzt, um Bakterien anzugreifen, und wie sich pathogene Bakterien an diesen Angriff anpassen und weiterhin überleben.
Kupfer ist ein Spurenelement, das für Menschen und Tiere zur Aufrechterhaltung normaler physiologischer Funktionen notwendig ist. Wenn jedoch die Konzentration und die Wirkungsumgebung bestimmte Bedingungen erreichen, ist es offensichtlich toxisch für Bakterien. Daher hat das menschliche Immunsystem Kupfer bereits als Teil seiner natürlichen Immunabwehr übernommen. Wenn eine Infektion auftritt, verschlingen spezialisierte Immunzellen die Bakterien und greifen sie mit einer Vielzahl antimikrobieller Substanzen, darunter Kupfer, an. Forscher der Texas A&M University haben zuvor herausgefunden, dass der Kupferspiegel im Urin auch ansteigt, wenn eine Harnwegsinfektion auftritt, was darauf hindeutet, dass der Körper möglicherweise aktiv Kupfer mobilisiert, um die Beseitigung eindringender Bakterien zu unterstützen.
Bakterien sind jedoch nicht wehrlos. Da Kupfer natürlicherweise in der Umwelt vorkommt, haben viele Bakterien eine Reihe von Mechanismen entwickelt, um mit der Kupfertoxizität umzugehen, wie z. B. das Ausstoßen von Kupfer aus der Zelle oder die Begrenzung der durch Kupfer verursachten Schäden an ihnen selbst. Als nächstes hofft das Forschungsteam, die genetischen und molekularen Mechanismen weiter zu bestimmen, durch die die Bakterien, die Harnwegsinfektionen verursachen, den erhöhten Kupferkonzentrationen im Körper widerstehen.
Die Forscher glauben, dass es möglich sein könnte, neue Behandlungsstrategien zu finden, die Bakterien wieder anfälliger für Kupfer und andere Immunabwehrmechanismen machen, wenn sie herausfinden, wie Bakterien den vom Körper erzeugten „Kupferstress“ überwinden. Diese Idee unterscheidet sich von der herkömmlichen Antibiotikabehandlung, da nicht nur nach einem neuen Medikament gesucht wird, das Bakterien direkt abtöten kann, sondern auch versucht wird, die Abwehrfähigkeit der Bakterien zu schwächen und dem Medikament eine synergistische Wirkung mit dem menschlichen Immunsystem zu ermöglichen.
Das Forschungsteam entdeckte außerdem einen möglicherweise wichtigen Hinweis: Kupfer könnte möglicherweise die Pili beeinflussen, die Bakterien nutzen, um sich an Blasenzellen zu heften. Pili sind fadenartige Strukturen auf der Oberfläche von Bakterien, die ihnen helfen, fest an der Blasenschleimhaut zu haften. Wenn Kupfer in diese Strukturen eingreifen kann, kann es für Bakterien schwierig sein, weiterhin am Blasengewebe anzuhaften, selbst wenn sie nicht direkt abgetötet werden.
Dieser Mechanismus ist von besonderer Bedeutung, da der Harntrakt selbst über eine sehr einfache, aber wirksame physische Abwehrmethode verfügt – den Urinfluss. Bakterien, die fest an der Blasenschleimhaut haften, verursachen eher eine Infektion, während Bakterien, die nicht stabil haften können, eher über den Urin ausgeschieden werden. Daher kann die Störung der Bindungsfähigkeit von Bakterien ein ergänzendes Mittel zur Infektionskontrolle sein.
Mehr Kupfer ist jedoch nicht immer besser. Kupfer kann in höheren Konzentrationen auch körpereigene Zellen schädigen, daher muss der Körper den Transport-, Lagerungs- und Freisetzungsprozess von Kupfer streng kontrollieren. Besonderes Augenmerk legen die Forscher derzeit auf ein kupferhaltiges Protein, Coeruloplasmin, von dem frühere Studien gezeigt haben, dass es möglicherweise am Transport und der Mobilisierung von Kupfer bei Harnwegsinfektionen beteiligt ist. Das Forschungsteam wollte genau herausfinden, wie Coeruloplasmin die Kupferversorgung im Falle einer Infektion reguliert und wie dieser Prozess dem Körper hilft, Bakterien zu kontrollieren.
Mittlerweile haben Forscher eine experimentelle antibakterielle Verbindung entdeckt, deren antibakterielle Wirkung in Gegenwart von Kupfer deutlich verstärkt wird. Im nächsten Schritt planen sie, diese Verbindung und die damit verbundenen Strukturen zu modifizieren und zu testen, um Medikamentenkandidaten zu finden, die mit dem natürlichen Kupferabwehrmechanismus des Körpers zusammenarbeiten können.
Diese Strategie könnte einen weiteren Behandlungsweg für Harnwegsinfektionen bieten, bei denen die Antibiotikaresistenz zunimmt. Herkömmliche Antibiotika zielen hauptsächlich auf die Bakterien selbst ab, während neue Forschungsrichtungen darauf abzielen, gleichzeitig die synergistische Beziehung zwischen dem menschlichen Immunsystem und Medikamenten zu berücksichtigen und die therapeutische Wirkung durch die Stärkung der vorhandenen Abwehrmechanismen des Körpers zu verbessern.
Die Forscher wiesen auch darauf hin, dass von einer „kupferabhängigen“ Therapie, die für die klinische Behandlung eingesetzt werden kann, noch mehrere Jahre entfernt sind. Diese Arbeit befindet sich noch in einem frühen Stadium und das Hauptziel besteht darin, die Angriffs- und Abwehrmechanismen zwischen dem menschlichen Körper und Bakterien rund um Kupfer zu verstehen und Durchbrüche zu finden, die in Zukunft in Behandlungen umgewandelt werden können, sodass Kupfer selbst noch nicht als bewährte Behandlung für Harnwegsinfektionen angesehen werden kann.
Wenn die Studie letztendlich erfolgreich ist, könnten ihre Auswirkungen auch über Harnwegsinfektionen hinausgehen. Einige der Bakterien, die Harnwegsinfektionen verursachen, können auch andere Körperteile infizieren. Daher könnte die Untersuchung, wie diese Bakterien Kupfer widerstehen, Wissenschaftlern helfen, ähnliche Mechanismen bei anderen bakteriellen Infektionen zu verstehen. Darüber hinaus kommt es auch bei Hunden und anderen Tieren häufig zu wiederkehrenden Harnwegsinfektionen, so dass die Ergebnisse künftig auch im Veterinärbereich Anwendung finden könnten.
Die Kernidee der gesamten Forschung besteht darin, den Infektionsprozess aus zwei Richtungen zu beobachten: „Erreger“ und „Wirt“: Einerseits untersuchen wir, wie Bakterien Kupfer widerstehen, andererseits untersuchen wir, wie der menschliche Körper Kupfer mobilisiert und transportiert, und suchen letztendlich nach Behandlungen, die es ermöglichen, dass die beiden Mechanismen zusammenarbeiten. Bei Infektionen mit zunehmender Antibiotikaresistenz könnte diese Idee, die natürliche Immunabwehr des Körpers zu nutzen, anstatt sich ausschließlich auf die kontinuierliche Entwicklung neuer Antibiotika zu verlassen, eine wichtige Richtung für die zukünftige Forschung zu antiinfektiösen Arzneimitteln werden.
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