Tödlicher Salat in Missouri. Mörderische Zwiebeln in Colorado. Für Biochemiker an der University of Oklahoma sind dies nicht nur Schlagzeilen – sie sind Warnungen vor den Risiken, die von arzneimittelresistenten Bakterien ausgehen, und den menschlichen Kosten der Untätigkeit.

Die Behandlung chronischer Erkrankungen und viele Operationen erfordern Antibiotika. Wenn Bakterien gegen Antibiotika und andere Medikamente resistent werden, werden auch viele unserer medizinischen Fortschritte scheitern.“

Helen Zgurskaya, George Lynn Cross Research Professor, OU Department of Chemistry and Biochemistry

Zgurskaya und Valentin Rybenkov, ein OU-Professor für Biochemie, leiten ein fünfjähriges, 5,3 Millionen US-Dollar teures Projekt, das vom National Institute of Allergy and Infectious Diseases finanziert wird, um sicherzustellen, dass das nicht passiert. Ihr Ziel ist es, neue Wege zu finden, um lebensrettende Medikamente direkt in resistente Krankheitserreger zu bringen.

Die Arbeit ist unerlässlich. Experten gehen davon aus, dass ohne neue Medikamente bis zum Jahr 2050 jährlich bis zu 2 Millionen Menschen durch arzneimittelresistente Bakterien sterben könnten.

„Wir leben normalerweise mit Bakterien zusammen; wir sind für die Darmgesundheit und Immunität auf sie angewiesen“, sagte Rybenkov. „Wir haben auch Möglichkeiten, uns bei Bedarf gegen schädliche Bakterien zu verteidigen. Aber manchmal versagen unsere Abwehrkräfte. Wenn das passiert und sie schneller wachsen, als sie von unserem Immunsystem abgetötet werden, brauchen wir Antibiotika.“

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Leider nimmt die bakterielle Resistenz gegen die gängigsten Antibiotika weltweit rapide zu. Im Oktober 2025 berichtete die Weltgesundheitsorganisation, dass die Antibiotikaresistenz jährlich um bis zu 15 % zunimmt und dass bis zu jede sechste bakterielle Infektion resistent ist. In Südostasien und im östlichen Mittelmeerraum liegt sie eher bei 1 von 3.

Auf der Suche nach Heilmitteln haben Zgurskaya und Rybenkov eine Klasse pathogener Keime namens gramnegative Bakterien (GNB) ins Visier genommen, die ausgefeilte Methoden entwickelt haben, um ihr Zellinneres vor Eindringlingen zu schützen, darunter Antibiotika.

Im Gegensatz zu grampositiven Bakterien, die eine Zellmembran besitzen, verfügen GNB über zwei Membranen, einschließlich einer robusten Außenwand. Resistente Bakterien verfügen außerdem über einen stärkeren „Efflux“-Mechanismus – Proteinpumpen, die giftige Substanzen aus dem Zellinneren entfernen sollen. Diese Abwehrmechanismen erschweren es den derzeitigen Medikamentenklassen, ihre Wirkung zu entfalten.

Um Lücken in der GNB-Abwehr zu finden, testen Zgurskaya und Rybenkov die Permeationseigenschaften von etwa 2.000 Chemikalien und Verbindungen gegen Hunderte von Effluxpumpenvarianten, um Kandidaten zu identifizieren, die durch die Membranen arzneimittelresistenter Krankheitserreger schlüpfen könnten, einschließlich P. aeruginosa, E. coli, K. pneumoniae Und A. baumannii. Sobald ein erster Atlas lebensfähiger Verbindungen erstellt ist, planen die Forscher, ihre Arbeit auszuweiten, um noch mehr Chemikalien zu untersuchen.

Sie untersuchen auch, wie Proteinpumpen auf molekularer Ebene funktionieren, um neue Vermeidungsstrategien zu identifizieren.

„Stellen Sie sich ein Boot mit einem winzigen Loch vor“, sagte Zgurskaya. „Ohne Eingriff wird es langsam aber sicher sinken. Aber wenn das Boot eine Wasserpumpe hat, entfernt sie alles, was sich ansammelt. Es ist ein ähnlicher Mechanismus bei gramnegativen Bakterien. Unsere Aufgabe als Forscher ist es, einen Weg zu finden, ein Loch zu erzeugen und die Pumpe abzuschalten.“

Mit Hilfe von maschinellem Lernen werden Laborergebnisse mit einer noch größeren Bibliothek von Chemikalien – „Hunderttausenden“, sagte Zgurskaya – getestet, um nach Mustern und Zusammenhängen zu suchen, die auf neue, wirksamere Therapeutika hinweisen könnten.

„Es gibt keine einfache Möglichkeit vorherzusagen, welche Art von Molekül durch eine Zellmembran gelangen kann“, sagte Rybenkov. „Künstliche Intelligenz hilft uns, durch die Daten zu navigieren.“

Der übermäßige Einsatz von Antibiotika wird oft als Hauptursache für bakterielle Resistenzen genannt, aber das ist nur ein Teil der Geschichte, sagte Rybenkov. „Bakterien wollen sich verbreiten; das ist ein natürlicher Prozess“, sagte er. „Wir sind für unsere Lebensweise auf Bakterien angewiesen, aber manche Bakterien mögen uns nicht. Für sie sind wir nur Nahrung.“

Die OU-Forscher arbeiten bei dem Projekt mit Paolo Ruggerone zusammen, einem Professor am Fachbereich Physik der Universität Cagliari, Italien; John Walker, außerordentlicher Professor für Pharmakologie und Physiologie an der Saint Louis University; und ArrePath, ein Arzneimittelforschungsunternehmen mit Sitz in Princeton, New Jersey.

Quellen:

University of Oklahoma