Bakteriophage

Bakterien sind winzige Lebewesen aus einer einzigen Zelle. Einige von ihnen machen Menschen krank. Ein Bakteriophage ist ein Winzling, der genau solche Bakterien angreift und tötet. Er ist selbst kein Lebewesen im üblichen Sinn, sondern ein Virus: eine Hülle mit Erbinformation darin, die sich nur in einer fremden Zelle vermehren kann. Menschliche Zellen kann ein Bakteriophage nicht befallen, er ist auf Bakterien spezialisiert. Der Name kommt aus dem Griechischen und bedeutet ungefähr „Bakterienfresser“.

Die Hoffnung gegen resistente Keime

Gegen bakterielle Infektionen setzt die Medizin seit rund achtzig Jahren Antibiotika ein. Das sind Medikamente, die Bakterien abtöten oder an der Vermehrung hindern. Das Problem: Bakterien verändern sich über Generationen und werden gegen diese Mittel unempfindlich. Man nennt sie dann resistent. Die Weltgesundheitsorganisation zählt Antibiotikaresistenz zu den größten Gesundheitsgefahren überhaupt.

Hier kommen Phagen ins Spiel. Sie wirken nach einem völlig anderen Prinzip als Antibiotika. Ein Bakterium, das gegen mehrere Antibiotika resistent ist, kann von einem passenden Phagen trotzdem zerstört werden. Es gibt bereits einzelne dokumentierte Fälle, in denen Patienten mit sonst unbehandelbaren Infektionen so gerettet wurden.

Ein zweiter Vorteil ist die Genauigkeit. Ein Antibiotikum trifft oft viele Bakterienarten gleichzeitig, auch die nützlichen im Darm. Ein Phage befällt meist nur eine einzige Art oder sogar nur bestimmte Stämme davon. Diese Genauigkeit ist zugleich der größte Nachteil: Man muss erst herausfinden, welcher Phage zum Erreger des Patienten passt.

Wie ein Phage ein Bakterium kapert

Viele Phagen sehen unter dem Elektronenmikroskop aus wie eine Mondlandefähre. Sie haben einen eckigen Kopf, einen Schwanz und feine Beinchen. Im Kopf steckt das Erbmaterial, also der Bauplan des Phagen. Mit den Beinchen tastet er die Oberfläche eines Bakteriums ab. Passt die Oberfläche wie ein Schlüssel ins Schloss, dockt er an.

Dann spritzt der Phage sein Erbmaterial in das Bakterium hinein. Das Bakterium liest diesen fremden Bauplan wie einen eigenen Befehl. Es beginnt, hunderte Kopien des Phagen zu bauen, statt sich selbst zu vermehren. Am Ende platzt die Zelle, die neuen Phagen werden frei und suchen die nächsten Bakterien. Man kann sich das wie einen gekaperten 3D-Drucker vorstellen, der nur noch Bauteile für seinen Angreifer ausdruckt.

Daraus folgt eine ungewöhnliche Eigenschaft: Das Medikament vermehrt sich selbst. Solange Zielbakterien vorhanden sind, wächst die Zahl der Phagen. Sind die Bakterien weg, verschwinden auch die Phagen wieder. Nicht alle Phagen töten übrigens sofort. Manche bauen ihr Erbmaterial ins Bakterium ein und bleiben lange stumm. Für Therapien sucht man deshalb gezielt die aggressiven Varianten.

Phagen in Kliniken, Labors und an der Börse

In Georgien und Polen werden Phagen seit Jahrzehnten regulär als Therapie eingesetzt. In Westeuropa und den USA sind sie bislang kein normal zugelassenes Medikament. Sie kommen dort meist nur im Einzelfall zum Einsatz, wenn nichts anderes mehr hilft. Mehrere große klinische Studien laufen, etwa gegen chronische Lungeninfektionen bei Mukoviszidose.

In der Wirtschaftspresse tauchen Phagen deshalb als Thema junger Biotech-Firmen auf. Solche Unternehmen bauen Bibliotheken mit tausenden Phagen auf und suchen darin nach dem passenden Kandidaten für einen Erreger. Bei dieser Suche kommt auch Software zum Einsatz: Programme vergleichen Erbgutdaten von Bakterien und Phagen und schätzen vorab, welche Kombination funktionieren dürfte.

Außerhalb der Medizin sind Phagen länger im Einsatz. In den USA dürfen Phagen-Sprays gegen Salmonellen und Listerien auf Lebensmittel aufgebracht werden. In der Grundlagenforschung sind Phagen ein Standardwerkzeug: Viele Verfahren der Gentechnik gehen auf Erkenntnisse aus dem Kampf zwischen Bakterien und ihren Phagen zurück, darunter die Genschere CRISPR.