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Zeitfragen | Beitrag vom 07.01.2021

Bakterienbekämpfung mit PhagenDie nützliche Seite der Viren

Von Sven Kästner

Eine Illustration zeigt Phagen, die ein Bakterium angreifen. (imago images / Westend61)
Phagen sind Viren, die auf Bakterien als Wirtszellen spezialisiert sind. (imago images / Westend61)

Haben Viren etwas Gutes? In Zeiten der Corona-Pandemie klingt diese Frage merkwürdig. Aber tatsächlich suchen Forscher nach Methoden, Krankheiten mithilfe von Viren zu bekämpfen - und geben ihnen eine wichtige Rolle bei der Evolution.

"Die Weltgesundheitsorganisation warnt vor antibiotikaresistenten Bakterien. Im Jahr 2050 könnten jährlich bis zu zehn Millionen Menschen an Krankheiten sterben, die durch solche Keime verursacht werden", berichtete 2019 der Deutschlandfunk.

Die Prognose ist düster: Weil immer mehr Bakterien gegen Antibiotika unempfindlich werden, könnten heute harmlose Krankheiten morgen wieder lebensgefährlich werden. Weltweit suchen Forschende nach neuen Therapien – Viren könnten dazu gehören. Genauer gesagt: Bakteriophagen.

Das sind Viren, die Bakterien befallen. Und zwar auf dieselbe Weise wie das auch bei anderen Zellen geschieht.

Mit Phagen Bakterien bekämpfen

"Genauso dringen die Phagen in eine Bakterienzelle ein, stellen den Stoffwechsel der Zelle um und sorgen dafür, dass die Bakterienzelle dann Phagen macht", erklärt Holger Ziehr. "Und wenn die ganze Bakterienzelle voll ist mit Phagen, dann platzt sie und es werden wieder neue nach außen abgegeben. Und das Ganze geht wieder von vorne los."

Holger Ziehr vom Fraunhofer-Institut für Toxikologie und experimentelle Medizin in Braunschweig will mit diesem Prinzip Bakterien bekämpfen. Schon seit gut 100 Jahren sind Phagen bekannt, Ärzte haben sie auch schon eingesetzt. Doch Antibiotika haben viele dieser Therapien in den vergangenen Jahrzehnten verdrängt.

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Zunehmende Resistenzen rücken das alte Prinzip wieder ins Bewusstsein. Allerdings müssen die Phagen-Forschenden noch einige Probleme lösen. So ist jede dieser Virenarten nur auf eine ganz bestimmte Bakterienart spezialisiert. Die Lösung könnten Phagen-Cocktails sein, sagt Holger Ziehr.

Bisher kaum Nebenwirkungen bekannt

"Infektionen beim Patienten sind ja in der Regel keine Reinkultur", erläutert er. "Das ist ja meistens eine Mischinfektion. Das heißt: Ich muss dann auch nachgucken, welche Stämme habe ich da, die dem Antibiotikum widerstehen? Und entsprechend dieser Stämme muss ich dann einen entsprechenden Phagen-Cocktail zusammenstellen."

Ein Vorteil: Phagen haben - nach bisherigen Erkenntnissen - kaum Nebenwirkungen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hoffen, dass sie künftig für viele bakterielle Infektionen zum Einsatz kommen können. Denn überall wo Bakterien sind, gibt es auch Phagen. Den Grund vermuten Forschende darin, dass beide Arten sehr nah am Beginn der Evolution stehen. Wie Viren entstanden sind, dafür gibt es bisher keinen Beweis – aber drei Hypothesen.

"Da gibt es einerseits die, dass der Virus zuerst da war, vor den Zellen", erzählt Susanne Erdmann. "Dann gibt es die Theorie, dass Viren im Prinzip parasitäre Zellen waren, die sich dann zurückentwickelt haben. Und es gibt eben die Theorie, dass Viren als genetische Elemente aus dem Wirt sozusagen geflohen sind."

Susanne Erdmann hat 2017 Hinweise entdeckt, die für die letzte These sprechen.

Dem Ursprung der Viren auf der Spur

Die Mikrobiologin spürt dem Ursprung der Viren am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen nach. Dafür erforscht sie Archaeen. Das sind Einzeller ohne festen Zellkern, die schon am Anfang des Lebens existierten und heute noch in antarktischen Seen oder heißen Quellen vorkommen.

Auf der Suche nach Viren auf solchen Archaeen entdeckte Erdmann Plasmide. Deren Erbgut, das so genannte Genom, kann sich selbständig in der Wirtszelle kopieren. 

"Unsere Vermutung ist so ein bisschen", erklärt sie, "dass diese Plasmide tatsächlich so die ersten Formen von Viren sind, die in der Lage sind, innerhalb der Wirtszelle allein sich zu replizieren. Und was wir jetzt gefunden haben, ist der nächste Schritt: Das ist ein Plasmid, das sich vom Wirt Gene kopiert hat, mit denen es jetzt tatsächlich Partikel machen kann, die so ähnlich sind wie Viruspartikel. Und die dieses kleine Genom von einem zur anderen Zelle bringen, ohne dass es einen Zellkontakt benötigt."

Ein richtiges Virus wäre nach Erdmanns Theorie die nächste Entwicklungsstufe. Es hat genügend Proteine, um auch ohne direkten Kontakt in eine andere Zelle eindringen zu können. Erdmanns Entdeckung deutet darauf hin, dass Viren ursprünglich aus Zellen entsprungen sind.

Fest steht: Viren vermehren sich, weil sie eine Wirtszelle dazu bringen, immer weitere Viren zu produzieren. Sie sind also darauf angewiesen, von Zelle zu Zelle zu springen. Ein Infektionsweg, den wir bei Krankheiten zu unterbinden suchen. Gleichzeitig ist dieser Austausch zwischen Zellen aber unerlässlich für die gesamte Evolution.

"Antreiber der Evolution"

"Ich ordne die Viren als ein ganz wesentliches Element ein, als Antreiber der Evolution", sagt Karin Moelling. "Sie spielen eine Rolle, wenn es darum geht, in der Zelle etwas Neues herbeizuführen und der Zelle etwas Neues beizubringen."

Karin Moelling hat jahrzehntelang Viren erforscht, zuletzt am Institut für Medizinische Virologie der Uni Zürich und am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik Berlin.

Sie verweist darauf, dass ein beträchtlicher Teil des menschlichen Erbguts aus Viren besteht. Im Laufe der Jahrhunderte haben sie bestimmte Funktionen in unsere Gene eingebaut. So schränkt eine Variante des HI-Virus die Immunabwehr der Plazenta ein.

"Beim Menschen hat das zur Folge, dass wir unseren Embryo, wenn er im Mutterkörper wächst, nicht abstoßen", erklärt sie. "Der besteht ja zur Hälfte aus Vater und zur anderen Hälfte aus Mutter. Und das Fremde würde eigentlich das Immunsystem der Mutter abstoßen. Das passiert nicht."

"Sie machen nicht im Prinzip krank"

Auch mit 77 Jahren verfolgt Moelling die aktuellen wissenschaftlichen Veröffentlichungen. Sie hält Vorträge, nimmt an Konferenzen teil und hat das Buch "Supermacht des Lebens – Reise in die erstaunliche Welt der Viren" veröffentlicht. Darin schreibt sie auch den verblüffenden Satz: "Viren machen nicht krank."

"Sie machen nicht im Prinzip krank, wenn sie nicht Bedingungen geboten kriegen, die ungewohnt sind, und die dem Virus eine ganz neue Art von Leben ermöglichen", erläutert sie. "Und dann kann es sein, dass sie entgleisen und zu Krankheiten führen. Es gibt 10 hoch 33 Viren. Es gibt, glaube ich, tausend Viren maximal, Typen, die unter bestimmten Bedingungen krank machen können."

Ein Beispiel ist das Sars-CoV2-Virus. Es hat nur wegen zu enger Kontakte den Sprung von Wildtieren auf Menschen geschafft – und sich wegen unseres unvorbereiteten Immunsystems rasant verbreiten können. Möglich, dass der Mensch irgendwann auch dieses Virus in sein Erbgut einbaut. Das würde allerdings einige Hundert Jahre dauern.

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