Bakteriophagen erklärt

Was sind Bakteriophagen?

Bakteriophagen («Bakterienfresser») sind Viren, die gezielt Bakterien angreifen, aber menschliche Zellen in Ruhe lassen. Wie alle Viren bestehen Phagen zur Hauptsache aus Erbgut (DNA oder RNA) und Proteinen. Und wie alle Viren können sie sich nicht eigenständig vermehren. Sie brauchen Bakterien dazu.

Bakteriophagen sind sehr vielfältig und werden in verschiedene Familien unterteilt. Die T4-Phagen sind wohl die bekannteste Phagen-Familie. Sie haben eine prägnante Form mit Kopf, Schwanz und Fasern. Es gibt aber auch Phagen ohne Fasern oder solche, die lange Filamente bilden. Eine Auswahl ist unten abgebildet. Geschätzt gibt es 10¹⁵ Phagen auf der Welt – das heisst, auf einen Menschen kommen 15 Milliarden Phagen. Sie sind somit der weitverbreitetste Organismus auf unserem Planeten.

Phagen vermehren sich ausschliesslich in Bakterienzellen. Bislang waren zwei Lebenszyklen bekannt: den lytischen und den lysogenen Zyklus. Lytische Phagen zerstören die Bakterienzellen, wenn sie sich in ihnen vermehren. Der Phage dockt an ein Bakterium an und schleust sein Erbgut in die Zelle. Das Bakterium produziert nun Phagenteile, die sich selbstständig zu neuen Phagen zusammensetzen. Wenn genügend neue Phagen gebildet sind, zerstören sie die Zelle. Die freigesetzten Viren können sich nächste Opfer suchen. Der folgende Film zeigt den Zyklus im Detail.

Lysogene Phagen fügen ihr Erbgut direkt in das Erbgut der Bakterien ein. Wenn sich die Bakterien teilen, verbreiten sie auch das Phagen-Erbgut weiter. Dieses kann sich zu einem späteren Zeitpunkt wieder aktivieren. Äussere Faktoren können das schlummernden Phagen-Erbgut aufwecken, zum Beispiel wenn sich die Lebensbedingungen des Bakteriums verändern. Auch diese produziert nun Phagenteile, die sich zu neuen Phagen zusammenfügen. Nachdem die neuen Phagen produziert wurden, töten sie wiederum die Zelle ab und werden freigesetzt, um weitere Bakterien zu infizieren.

Wo werden Bakteriophagen eingesetzt?

In der Medizin dienen Phagen dazu, bakterielle Infektionen zu behandeln. In der Landwirtschaft werden sie als biologische Pflanzenschutzmittel, Tierarzneimittel und Futtermittelzusätze eingesetzt. Die Lebensmittelindustrie verwendet Phagen als natürliche Desinfektionsmittel.

Phagentherapie

Das Prinzip zur Behandlung bakterieller Infektionen mithilfe von Bakteriophagen ist einfach: Der Feind meines Feindes ist mein Freund. Die Phagen dringen in die krankmachenden Bakterien ein und töten sie.

Allerdings muss man dabei einiges beachten. Die meisten Phagen sind sehr spezifisch und greifen nur bestimmte Bakterienspezies oder sogar nur einzelne Untergruppen an. Bakterien verändern sich sehr rasch und bilden so genannte Stämme, Varianten einer Art, die sich in manchen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Das kann dazu führen, dass ein Phage diese Bakterien nicht mehr befallen kann.

Um Patienten und Patientinnen behandeln zu können, muss man das Bakterium, das die Infektion verursacht, isolieren und im Labor testen. Danach sucht man den passenden Phagen, um das Bakterium zu bekämpfen. Für manche Bakterienarten ist es schwierig oder aktuell unmöglich, passende Phagen zu finden.

Bakterien werden mit der Zeit nicht nur gegen Antibiotika resistent, sondern auch gegen Phagen. Um einer Resistenzbildung vorzubeugen, setzen Medizinerinnen und Mediziner manchmal Kombinationen verschiedener Phagen ein In einigen Fällen erkaufen sich die Bakterien diese Resistenz allerdings zum Preis einer geringeren Virulenz, wodurch sie anfälliger werden und vom Immunsystem besser bekämpft werden können

Landwirtschaft und Umwelt

Um den Einsatz problematischer Chemikalien zu verringern, setzt die Landwirtschaft Phagen als Pflanzenschutz- und Tierarzneimittel ein. Vor allem Obstbäume werden mit Viren behandelt. Sie kommen dabei mehrheitlich in Gewächshäusern zum Einsatz.

Derzeit prüft die EU das erste Phagen-basierte Produkt für den Einsatz im Gartenbau. Es soll Apfel- und Birnenbäumen Schutz vor Feuerbrand bieten, einer Pflanzenkrankheit, die vom Bakterium Erwinia amylovora verursacht wird.

Lebensmittelindustrie

Es gibt bereits kommerziell erhältliche Phagen-Produkte, die für die Behandlung von frisch geschnittenem, verzehrfertigem Obst und Gemüse, in der Fleischverarbeitung und bei der Käseproduktion eingesetzt werden. Aufgrund der fehlenden lebensmittelrechtlichen Zulassung dürfen sie in der EU, anders als in den USA, Kanada, Israel oder der Schweiz, bislang jedoch nicht eingesetzt werden.

In der Schweiz können laut dem Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen (BLV) «Bakteriophagen im Rahmen eines Verfahrens zur Verlängerung der Haltbarkeit und zur Erhöhung der hygienisch-mikrobiologischen Sicherheit bei Lebensmitteln nicht tierischen Ursprungs eingesetzt werden». Ein solches Produkt ist beispielsweise Listex.

Mit Bafasal hat die EU im Sommer 2025 ein Nahrungsmittelzusatz für Hühner zugelassen, der den Salmonellen-Befall reduziert beziehungsweise verhindert.

In den USA bietet die Firma AgriPhage Phagen an, um bakterielle Krankheiten bei Pflanzen und Tieren zu bekämpfen und Lebensmittel zu behandeln.

Wie steht es um die Zulassung von Phagentherapien?

Schweiz

Es gibt bis heute keine klinischen Studien, die heutigen Standards entsprechen und den Nachweis erbracht haben, dass Phagentherapien beim Menschen wirksam sind. Solche Studien sind für eine Zulassung aber nötig.

In den ersten Jahrzehnten nach dem Aufkommen von Phagentherapien wurden zwar viele Studien durchgeführt. Aber diese genügen den heutigen Anforderungen nicht. Da Phagentherapien für grosse Pharmakonzerne aus verschiedenen Gründen kaum interessant sind, ist es schwierig, weitere Studien durchzuführen. Denn diese sind kostspielig. Aktuell laufen deshalb nur einige kleine Studien, unter anderem eine zu Lungeninfektionen bei Personen mit zystischer Fibrose.

Weil die Phagentherapie nicht zugelassen ist, darf sie aktuell in nur in Notfällen eingesetzt werden, in denen alle zugelassenen Behandlungsoptionen ausgeschöpft sind, und wenn ein schwerer Ausgang droht (Bsp. Tod, Amputation).

Vor einer Behandlung müssen die Patienten und Patientinnen oder deren Angehörige über die Behandlung und ihre Risiken ausführlich informiert werden und müssen ihr sie anschliessend zustimmen. Es braucht dazu keine behördliche Bewilligung. In den Richtlinien der Schweizerischen Akademie der Medizinischen Wissenschaften (SAMW) heisst es, die behandelnden Ärztinnen und Ärzte solle den Rat eines geeigneten Expertengremiums oder zumindest eine Zweitmeinung einholen. In manchen Kliniken muss die zuständige Ethik-Kommission zustimmen. Die Haftung liegt beim Hersteller des verwendeten Phagenpräparats und bei den behandelnden Ärztinnen und Ärzten.

Europäische Union und andere Länder

In den meisten Ländern sind Phagentherapien wie in der Schweiz nicht offiziell zugelassen. Eine Ausnahme ist Georgien.

Einige Länder haben den Zugang trotz fehlender Zulassung erleichtert. Dies, weil es sonst selbst in Notfällen nur selten zu Behandlungen mit Phagen kommt. Die Hürden und der administrative Aufwand sind zu hoch.

Ein Pionier für einen erleichterten Zugang in Europa ist Belgien. Dort dürfen Ärztinnen und Ärzte Phagen grundsätzlich einsetzen, wenn diese die Sicherheitsvorschriften erfüllen und das eingesetzte Präparat von einem staatlich zertifizierten Labor hergestellt und von einem davon unabhängigen staatlich zertifizierten Labor kontrolliert worden ist. Trotz der Erleichterung sind die Behandlungszahlen in Belgien nicht stark gestiegen.

Portugal hat das belgische System kürzlich übernommen, einen erleichterten Zugang gibt es auch in Frankreich. Die EU arbeitet zudem an einer gesamteuropäischen Lösung. Die einzelnen Mitgliedsstaaten werden aber entscheiden können, ob sie das System einführen möchten oder nicht.

Eine erleichterte Praxis in unterschiedlicher Ausprägung existiert auch in Australien und in den USA.