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Einleitung
Malaria zählt insbesondere bei Kindern unter fünf Jahren zu den häufigsten Erkrankungen und Todesursachen im Globalen Süden. Angesichts der zunehmenden Bedrohung durch Resistenzen gegen die derzeitige Goldstandardtherapie – die Artemisinin-basierte Kombinationstherapie (ACT) – ist die Entwicklung alternativer Therapieoptionen dringend erforderlich. Ziel dieser Arbeit war es, die in-vitro-Aktivität verschiedener Antibiotika gegen Plasmodium falciparum und Plasmodium knowlesi zu untersuchen. Letztere Spezies wurde bislang in der antimalariellen Wirkstoffforschung weitgehend vernachlässigt. Ein besonderer Fokus lag daher auf dem Vergleich der Arzneimittelsuszeptibilität beider Spezies, um Rückschlüsse auf die Wirksamkeit der getesteten Substanzen auch bei P. knowlesi-Malaria ziehen zu können.
Methoden
Zur Bestimmung der antiplasmodialen Wirksamkeit wurden P. falciparum- und P. knowlesi-Kulturen mit jeweils einem von 20 Antibiotika bzw. sechs Referenzsubstanzen in unterschiedlichen Konzentrationen inkubiert. Das Parasitenwachstum wurde mittels HRP2-ELISA (P. falciparum) bzw. Sybr Green I-Assay (P. knowlesi) quantifiziert. Zusätzlich wurden IPP-Supplementierungsversuche (200 µM Isopentenylpyrophosphat) durchgeführt, um eine Beteiligung des Apicoplasten als Wirkziel zu überprüfen. Boromycin - eine der potentesten Substanzen - wurde darüber hinaus hinsichtlich seines Wirkmechanismus mittels Kaliumchlorid-Zusatzes und seiner Zytotoxizität an menschlichen HepG2-Zellen weiter charakterisiert. Die Stadienspezifität wurde mikroskopisch zu definierten Zeitpunkten analysiert.
Ergebnisse
Mehrere Tetracycline (Demeclocyclin, Minocyclin, Eravacyclin, Sarecyclin, Omadacyclin, Doxycyclin), das Makrolid Josamycin sowie das Linezolid Clindamycin zeigten, konsistent mit der Literatur, eine verzögerte Wirkung mit Aktivität im Nanomolarbereich erst im zweiten Replikationszyklus von P. falciparum. Ein entsprechender Wirkverlauf konnte auch für Demeclocyclin, Minocyclin, Eravacyclin, Josamycin und Clindamycin bei P. knowlesi beobachtet werden. Die beiden Substanzen Borrelidin und Boromycin hingegen zeigten eine rasche parasitenabtötende Wirkung mit IC₅₀-Werten von 0,6 nM bzw. 0,9 nM (P. falciparum) und 2,7 nM bzw. 6 nM (P. knowlesi) bereits nach 3 Tagen.
Die IPP-Rescue-Experimente bestätigten den Apicoplasten als Zielstruktur für Eravacyclin, Josamycin, Minocyclin und Clindamycin, während Borrelidin und Boromycin unabhängig vom Apicoplasten wirkten. Für Boromycin konnten Kaliumkanäle als primäres Wirkziel ausgeschlossen werden. Die Zytotoxizität an humanen Zellen war sehr gering (Selektivitätsindex > 1.000.000). Zudem führte Boromycin bereits sechs Stunden nach Zugabe in allen Parasitenstadien zu einer pyknotischen Morphologie der Parasiten.
Diskussion
Die Ergebnisse zu Eravacyclin, Minocyclin und Doxycyclin bestätigten frühere Studien. Chlortetracyclin zeigte im Gegensatz zu publizierten Daten keine antiplasmodiale Aktivität. Für Josamycin konnte erstmals ein verzögerter Wirkeintritt sowie eine Apicoplast-Wirkung nachgewiesen werden.
Boromycin, eine der wirksamsten Substanzen in dieser Arbeit, wurde aufgrund seines exzellenten Selektivitätsprofils weiter untersucht. Die Wirkweise in Plasmodium scheint sich von der in Mykobakterien zu unterscheiden, da Kaliumkanäle nicht als Hauptzielstruktur fungieren. Insgesamt zeigten beide Spezies eine vergleichbare Empfindlichkeit gegenüber den getesteten Antibiotika - ähnlich wie bereits für Mirincamycin, Clindamycin, Azithromycin und Doxycyclin beschrieben.
Schlussfolgerung
Boromycin weist eine hohe, schnell einsetzende Aktivität gegen Plasmodium spp. und eine geringe Toxizität für humane Zellen auf. Aufgrund dieser vielversprechenden Eigenschaften sollte es weitergehend auf seinen Wirkmechanismus und seine Wirksamkeit in vivo untersucht werden. |
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