Universität zu Köln

Die weltweite Zunahme von antimikrobiellen Resistenzen stellt eine erhebliche Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar und unterstreicht die dringende Notwendigkeit innovativer therapeutischer Ansätze jenseits konventioneller Antibiotika. Zunehmend richtet sich die Forschung auf Antivirulenz-Strategien. Diese verfolgen das Ziel, Krankheitserreger durch die gezielte Neutralisierung einzelner Virulenzfaktoren funktionsunfähig zu machen und dadurch die bakterielle Pathogenese zu beeinträchtigen, ohne das Wachstum der Mikroorganismen direkt zu hemmen oder sie abzutöten. Solche Ansätze könnten insbesondere bei der Therapie schwerer Infektionen mit antibiotikaresistenten Erregern von großem Nutzen sein. Ein in diesem Zusammenhang besonders relevanter Erreger ist Pseudomonas aeruginosa (PA), ein opportunistisches, gramnegatives Bakterium, das sich durch eine ausgeprägte intrinsische sowie erworbene Resistenz gegenüber zahlreichen Antibiotikaklassen auszeichnet. PA ist für etwa 10 Prozent aller nosokomialen Infektionen verantwortlich und stellt zudem eine bedeutende Ursache chronischer pulmonaler Infektionen dar, insbesondere bei Patientinnen und Patienten mit chronischen Lungenerkrankungen wie der Mukoviszidose. Ein zentraler Virulenzfaktor von PA ist das Typ-III-Sekretionssystem (T3SS), ein nadelartiger Proteinkomplex, der Toxine direkt in Wirtszellen injiziert und dort Zelltod sowie ausgeprägte Gewebeschäden verursacht. Eine Schlüsselkomponente dieses Systems ist das Nadelspitzenprotein PcrV, das eine entscheidende Rolle bei der Translokation der Toxine spielt und sich daher als vielversprechendes Ziel für antivirulente Therapieansätze etabliert hat. Zur Identifizierung potenzieller T3SS-Inhibitoren entwickelten wir eine robuste und skalierbare Screening-Plattform, basierend auf der Quantifizierung T3SS-induzierter Zytotoxizität in Wirtszellen. Das Screening von über 10.000 niedermolekularen Verbindungen ergab mehrere Kandidaten, die die Pathogenität von PA in vitro reduzieren konnten. Trotz der Identifizierung aktiver Substanzen stellt die insgesamt geringe Trefferquote sowie der nachfolgende Bedarf an chemischer Optimierung zur Sicherstellung günstiger pharmakokinetischer Eigenschaften und Sicherheitsprofile eine wesentliche Herausforderung dar. Als alternative Strategie bieten monoklonale Antikörper (mAbs) mehrere Vorteile, darunter eine hohe Spezifität, lange Halbwertszeiten und gut dokumentierte Sicherheitsprofile. Während ihre Wirksamkeit gegen virale Infektionen gut belegt ist, bleibt das Potenzial der humanen humoralen Immunantwort zur Generierung hochneutralisierender antibakterieller Antikörper bislang unzureichend verstanden. Aufbauend auf unserem Screening nach T3SS-Inhibitoren untersuchten wir daher die Möglichkeit, die natürliche B-Zell-Antwort gegen PA bei der Mukoviszidose zu nutzen, da bei dieser häufig eine langjährige Exposition gegenüber PA-Antigenen aufgrund einer chronischen oder intermittierenden Kolonisation besteht. Im Rahmen dieser Studie analysierten wir Seren von 51 Personen mit Mukoviszidose, von denen die Mehrheit eine chronische PA-Infektion aufwies, mittels eines T3SS-abhängigen Hämolyse-Assays. Mehrere Proben zeigten hohe Spiegel T3SS-neutralisierender IgG-Antikörper gegen das PcrV-Protein. Von diesen Personen isolierten und charakterisierten wir PcrV-spezifische B-Zellen, was zur Generierung humaner anti-PcrV-mAbs führte. Ein Teil dieser Antikörper wies eine ausgeprägte neutralisierende Aktivität gegenüber einer Vielzahl klinischer PA-Isolate auf, einschließlich multiresistenter Stämme. Strukturanalysen mittels Kryo-Elektronenmikroskopie zeigten, dass diese Antikörper ein konserviertes, oberflächenexponiertes C-terminales Epitop von PcrV erkennen. Die wirksamsten mAbs zeigten eine höhere Potenz als bisherige murine Antikörper und reduzierten die bakterielle Last in einem murinen Pneumonie-Modell signifikant und vergleichbar mit konventionellen Antibiotika vergleichbar war. Zusammenfassend belegen unsere Ergebnisse das therapeutische Potenzial humaner monoklonaler Antikörper, die gegen das T3SS von PA gerichtet sind. Auf Grundlage dieser Arbeit konnten wir einen effizienten und umfassenden Ansatz zur Entwicklung humaner anti-PcrV-Antikörper etablieren. Diese Erkenntnisse unterstützen die weiterführende präklinische und klinische Entwicklung solcher mAbs als neuartige prophylaktische und therapeutische Optionen zur Behandlung von PA-Infektionen, einschließlich solcher, die durch multiresistente Stämme verursacht werden. Darüber hinaus unterstreichen sie die Relevanz antivirulenter Strategien als ergänzenden Ansatz im Kampf gegen die zunehmende Antibiotikaresistenz.

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