Neues Superantibiotikum ex silico

Bei aller Seriosität ihrer Arbeit sind Forscher doch manchmal auch kleine Kinder: Das neue Antibiotikum, über das sie im Fachjournal »Cell« berichtet, nennt die Gruppe um Dr. Jonathan Stokes vom MIT Halicin – in Anspielung auf den Computer HAL 9000 in Stanley Kubricks Science-Fiction-Klassiker »2001: Odyssee im Weltraum«. Ob die Namenswahl ein gutes Omen ist, wird sich zeigen. Immerhin entwickelt HAL im Laufe des Films bekanntlich ein Eigenleben und tötet mehrere Menschen, bevor er abgeschaltet werden kann.

Halicin designten die Forscher mithilfe eines am MIT entwickelten Programms künstlicher Intelligenz (KI), das sie darauf trainierten, in chemischen Strukturformeln Besonderheiten zu identifizieren, die ein Abtöten von Escherichia coli bewirken. Hierfür verwendeten sie etwa 2500 Strukturformeln hauptsächlich von zugelassenen Arzneistoffen, aber auch von Naturstoffen mit einem breiten Spektrum von Bioaktivitäten.

Solcherart konditioniert, identifizierte das Programm in einer Datenbank mit 6000 Substanzen eine, die ursprünglich eigentlich als mögliches Antidiabetikum entwickelt worden war, jetzt aber eine starke antibiotische Wirksamkeit erwarten ließ: Halicin. Ein Check mittels eines weiteren KI-Programms ergab eine voraussichtlich niedrige Toxizität auf menschliche Zellen. Halicin erwies sich zunächst in Zellkulturen als äußerst wirksam gegen Problemkeime wie Clostridium difficile, Acinetobacter baumannii und Mycobacterium tuberculosis. Anschließend bestätigten Versuche mit Mäusen die gute Wirksamkeit gegen die beiden erstgenannten Erreger.

Auf einen wichtigen Teilaspekt weist das MIT in einer Pressemitteilung hin: die mutmaßliche Schwierigkeit für Bakterien, Resistenzen gegen Halicin zu entwickeln. E.-coli-Stämme wurden im Labor auch nach 30 Behandlungstagen nicht resistent gegen die neue Substanz. Gegen Ciprofloxacin setzte eine Resistenzentwicklung dagegen bereits nach ein bis zwei Tagen ein und nach 30 Tagen waren die Bakterien 200 Mal resistenter gegen das Fluorchinolon als zu Beginn der Behandlung.

Diese wertvolle Eigenschaft von Halicin beruht vermutlich darauf, dass die Substanz, die sich strukturell von allen bekannten Antibiotika unterscheidet, auch einen neuen Wirkmechanismus hat. Vorläufigen Ergebnissen zufolge stört Halicin den elektrochemischen Gradienten über die Zellmembran der Bakterien. Diesen Gradienten braucht die Bakterienzelle aber unter anderem zur ATP-abhängigen Energiegewinnung. Bricht er zusammen, stirbt sie.

Zusammen mit acht weiteren Molekülen mit antibakterieller Wirksamkeit, die die Forscher in einer anderen Datenbank fanden, wollen sie Halicin nun weiter untersuchen. Für ihr KI-System sehen sie noch mehr potenzielle Anwendungsgebiete, etwa die Optimierung bekannter Wirkstoffe oder die Identifikation von Substanzen, die gezielt nur bestimmte – pathogene – Bakterien töten, unschädliche Darmbakterien dagegen nicht.