Behandlung von Pseudomonas aeruginosa-Biofilmen mithilfe von Bakteriophagen

Ziel dieser Arbeit war es zu analysieren, ob mit einem Phagencocktail aus den beiden Bakteriophagen vB_Pae-TbilisM32 und vB_Pae-CS2310 einer Entstehung von P. aeruginosa-Biofilmen vorzubeugen ist, sowie bereits etablierte Biofilme beseitigt werden können. Die Experimente wurden sowohl bei dem P. aeruginosa-Temperaturoptimum von 37 °C durchgeführt, als auch bei 12 °C, was die Bedingungen in lebensmittelverarbeitenden Betrieben abbilden sollte.
Zunächst wurde das Wirtsspektrum der Phagen ermittelt, welches für vB_Pae-TbilisiM32 bei 53 % der untersuchten P. aeruginosa-Wildstämme lag und für vB_Pae-CS2310 bei 80 %.
Für die weiteren Untersuchungen wurden sechs gegenüber beiden Phagen sensible Stämme ausgewählt, mit denen zunächst in Flüssigmedium der Einfluss beider Phagen sowie des Cocktails auf die Zellzahl bei 37 °C untersucht wurde. Dabei wurde eine rasante Reduktion, gefolgt von einer schnellen Erholung der Zellzahl beobachtet. Bei 12 °C konnte durch Zugabe des Phagencocktails ebenfalls eine Reduktion der Zellzahl erreicht oder zumindest deren Ansteigen verhindert werden.
Die Prävention der P. aeruginosa-Biofilmbildung erwies sich sowohl bei 37 °C als auch bei 12 °C als äußerst erfolgreich, lediglich bei 37 °C waren zwei der Stämme nicht durch den Cocktail beeinflusst. Die Bekämpfung der etablierten P. aeruginosa-Biofilme hingegen verlief nach unterschiedlichen Mustern. Während bei 37 °C nach 6 h eine deutliche Reduktion zu erkennen war, waren nach 24 h bereits wieder hohe optische Dichten zu messen, die zumeist sogar über der der Vergleichskontrolle lagen. Bei 12 °C hingegen war nach 72 h eine stärkere Reduktion der Biofilmmasse zu erkennen als nach 24 h.
Die am Ende der Versuche gewonnene P. aeruginosa-Klone waren trotz des Überlebens in Co-Kultur mit den Bakteriophagen häufig weiterhin sensibel gegenüber den Phagen. Bei der anschließend durchgeführten Genanalyse konnten keine Hinweise auf eine den Resistenzen zugrundeliegende Genveränderung gefunden werden. Da jedoch bis auf die 31 genauer untersuchten Gene nur nach vollständigen Gendeletionen gesucht wurde, kann eine Resistenz aufgrund einer Mutation in anderen Genen nicht ausgeschlossen werden. Weitere Untersuchungen, die mögliche Mutationen mit einbeziehen, sind anzustreben.
Daneben kommen allerdings auch phänotypische Resistenzen als Ursache infrage. Durch veränderte Genexpression und damit einhergehender Maskierung oder reduzierter Ausbildung der Phagenrezeptoren setzt einige Zeit nach Phagenzugabe ein Anstieg der Zellzahl ein, die Bakterien bleiben aber weiterhin sensibel gegenüber den eingesetzten Phagen. Die verschiedenen aufgetretenen Resistenzmuster lassen sich auch durch das Forcieren der bakteriellen Heterogenität bei Zugabe von Bakteriophagen erklären.
Für eine Applikation in vivo sollte der hier untersuchte Bakteriophagencocktail noch weiter verbessert werden. Zwar ist er in der Prävention von P. aeruginosa-Biofilmen schon sehr erfolgversprechend, jedoch entwickeln sich sowohl in Flüssigmedium als auch in einer Biofilmformation schon nach kurzer Zeit Resistenzen. Eine Erweiterung des Cocktails um zusätzliche P. aeruginosa-Phagen sowie eine Kombinationstherapie mit Chemikalien wie Chlor wäre ebenfalls anzustreben. Zudem sollten die Zielrezeptoren der eingesetzten Phagen weiterhin gesucht und das zugrundeliegende Resistenzmuster in weiterführenden Studien vollständig abgeklärt werden.
Auch wäre von Interesse, ob die Resistenzen gegen den Phagencocktail die Virulenz von P. aeruginosa reduzieren, was einen therapeutischen Einsatz trotz der Resistenzen in medizinischen Bereichen ermöglichen könnte.