UV- und Blaulicht-Takedown-Medikament

Bakterienresistenzen gegen Antibiotika stellen eine ernsthafte Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar. Es trug im Jahr 2019 zu schätzungsweise 4,95 Millionen Todesfällen bei, und eine kürzlich von der Regierung des Vereinigten Königreichs in Auftrag gegebene Studie warnt davor, dass antimikrobielle Resistenzen bis 2050 jährlich zum Tod von 10 Millionen Menschen führen könnten.

Das Bestrahlen von Bakterien mit zwei Lichtwellenlängen – blauem LED-Licht und kurzwelligem Ultraviolett (auch fernes UV-C genannt) – führt zu einem starken Doppelschlag, der die Fähigkeit eines bekanntermaßen multiresistenten E. coli-Bakterienstamms, zu wachsen und sich zu vermehren, beeinträchtigt , haben Wissenschaftler in Neuseeland herausgefunden. In einer neuen Studie, die im Journal of Applied Microbiology veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler, dass die Dual-Licht-Behandlung eine wirksame nichtchemische antimikrobielle Behandlung sein könnte, die Bakterien nicht dazu bringt, ihre antimikrobielle Resistenz weiter zu erhöhen.

„Die Kombination aus fernen UV-C- und blauen Lichtwellenlängen wirkt synergetisch, um die Bakterien abzutöten“, sagt Gale Brightwell, leitender Wissenschaftler bei AgResearch, einem Forschungsinstitut in Palmerston North, Neuseeland. „Diese Entdeckung ist aufregend, erfordert aber weitere Forschung und Überprüfung, um ihre Auswirkungen vollständig zu verstehen.“

Krankenhäuser nutzen seit Jahrzehnten keimtötendes UV-C-Licht mit einer Wellenlänge von 254 Nanometern, um Bakterien abzutöten und Instrumente und Oberflächen zu sterilisieren. Während der COVID-19-Pandemie wurden ähnliche UV-C-Licht emittierende Roboter und persönliche Desinfektionsgeräte auch wichtig für die Abtötung des SARS-CoV-2-Virus, das COVID verursacht. Die Einwirkung dieser hochenergetischen UV-C-Strahlung über einen bestimmten Zeitraum schädigt die DNA oder RNA der Mikroben, beeinträchtigt ihre normalen Zellfunktionen und ihre Fähigkeit zur Replikation und macht sie schließlich unschädlich oder tötet sie ab.

Aber 254-nm-UV-C-Licht kann für die Augen und die Haut einer Person schädlich sein und Verbrennungen, Krebs und Katarakte verursachen. Forscher haben kürzlich gezeigt, dass fernes UV-C-Licht mit einer kürzeren Wellenlänge (222 nm) in der Luft befindliche Viren und Bakterien sicher zerstören kann, ohne in menschliche Haut- oder Augenzellen einzudringen.

Es ist auch bekannt, dass blaues Licht im Wellenlängenbereich von 400 bis 470 nm für Bakterienarten tödlich ist, die über Photorezeptoren verfügen, die das Licht wahrnehmen. Das Licht erzeugt giftige, hochreaktive Formen von Sauerstoff in den Bakterien, die ihre Zellmembranen und die zuckerhaltigen Hüllen, die sie umhüllen und schützen, schädigen. Es kann auch ihr genetisches Material zerstören, was die Zellfunktionen stört und letztendlich ihre Fähigkeit zum Wachstum und zur Fortpflanzung beeinträchtigt.

Brightwell und ihre Kollegen beschlossen herauszufinden, wie sich die Kombination der beiden Arten von antimikrobiellem Licht auf eine Bakterienart namens Extended Spectrum Beta-Lactamase E. coli (ESBL E. coli) auswirken würde. Diese Insekten produzieren Enzyme, die häufig verwendete Antibiotika, einschließlich Penicillin, abbauen und zerstören und „zu einer erheblichen globalen Bedrohung für die menschliche Gesundheit werden“, sagt Brightwell. „Sie wurden mit höheren Morbiditäts- und Mortalitätsraten im Krankenhaus, längeren Krankenhausaufenthalten und höheren Gesundheitskosten in Verbindung gebracht.“

Das Team setzte zwei ESBL-E.-coli-Stämme und zwei antibiotikaempfindliche E.-coli-Stämme jeweils eine halbe Stunde lang sowohl einzeln als auch zusammen einem fernen UV-C-Licht mit 222 nm und blauem LED-Licht mit 405 nm aus. Sie fanden heraus, dass die doppelte Lichteinwirkung bakterizid wirkte und alle E. coli-Stämme abtötete. Fernes UV-C-Licht allein tötete nicht alle Bakterien ab, und auch blaues LED-Licht zeigte einzeln nur eine sehr geringe Wirkung auf die Insekten.

„Wir glauben, dass das blaue Licht den Bakterienzellen den anfänglichen Schaden zufügt und sie anfälliger macht, und dass UV-C dann diesen geschwächten Zustand ausnutzt, um seine antimikrobielle Wirkung effizienter zu entfalten“, sagt Brightwell.

Die Lichtdosis war entscheidend. Als die Forscher alle vier Stämme einer subletalen Dosis von acht langen Lichtimpulsen mit zwei Wellenlängen aussetzten, entwickelten die antibiotikaresistenten ESBL-Stämme eine Lichttoleranz, die an nachfolgende Generationen weitergegeben wurde, was darauf schließen lässt, dass sie genetischer Natur sein könnte. Die antibiotikaempfindlichen Stämme entwickelten keine Toleranz. Brightwell sagt, dass weitere Forschung erforderlich ist, um die Mechanismen hinter dieser Lichttoleranz zu verstehen und die minimale wirksame Lichtdosis zur Abtötung verschiedener Bakterienstämme zu bestimmen.

Es werden auch Studien erforderlich sein, um zu verstehen, wie diese Technologie sicher angewendet werden kann, und um angesichts der potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen auf den Menschen regulatorische Standards und akzeptable Dosierungen festzulegen. Fernes UV-C gilt im Allgemeinen als sicher, aber blaues Licht bei 405 nm erfordert das Tragen einer Schutzbrille, um die Augen zu schützen. „Wir glauben, dass die Zusammenarbeit mit Leuchtenherstellern von entscheidender Bedeutung ist, um sicherzustellen, dass die Technologie sicher und effektiv ist, wenn sie in realen Szenarien angewendet wird“, sagt Brightwell.

Dennoch ist die Verwendung von Licht im Vergleich zu Standardmethoden zur Bekämpfung des Bakterienwachstums wie der chemischen oder Hitzedesinfektion, die viel Energie und Wasser verbrauchen, eine vielversprechende Alternative, die einen kostengünstigeren, chemiefreien und nachhaltigeren Ansatz zur Desinfektion bietet. “, sagt Brightwell.