Photodynamik gegen multiresistente Keime: Desinfizieren mit Farbe und Licht

Jedes Jahr infizieren sich hierzulande zwischen 800.000 und einer Million Menschen mit Krankenhauskeimen. Von diesen sterben 3000 bis 4 Patienten allein an sogenannten multiresistenten Keimen – so die neuesten Schätzungen der Deutschen Gesellschaft für Krankenhaushygiene (DGKH).

Bei einer Infektion mit multiresistenten Erregern können auch große Mengen Antibiotika nur wenig oder gar nichts mehr ausrichten. Ein Team von Chemikern, Biologen und Physikern der Universität Regensburg hat jetzt ein Verfahren entwickelt, das den Keimbefall von Menschen, Lebensmitteln und Tieren erheblich reduzieren kann.

Oberflächen, die mit der Methode behandelt werden, bleiben sogar dauerhaft steril, so dass die Forscher damit auch selbst entkeimende Materialflächen, etwa auf Lichtschaltern oder medizinischen Geräten, produzieren könnten.

Herkömmliche Desinfektionsbehandlungen helfen auch gegen Keime. Der Clou der neuen Methode: Sie braucht keine hautreizenden Chemikalien, sondern nur ein paar speziell entwickelte Farbstoffe und Licht. Das Prinzip dahinter heißt Photodynamik. Es macht sich die Eigenschaft bestimmter Farbstoffe zunutze, die, wenn sie mit Licht bestrahlt werden, einen Teil der Energie auf den umliegenden Sauerstoff übertragen und ihn in sogenannten Singulett-Sauerstoff umwandeln.

Unabhängig von Resistenzen

Mit diesem aktiven Oxidans können Ärzte gezielt Keime bekämpfen und damit in einigen Fällen auch eine Alternative zu Antibiotika bieten, die vor allem gegen multiresistente Keime wesentlich wirksamer ist. Wenn zum Beispiel die Schleimhäute der Nase von Bakterien befreit werden sollen, reichen Desinfektionsmittel nicht aus. „Beim derzeitigen Verfahren muss das Antibiotikum Mupirocin eingesetzt werden, wogegen sich bereits resistente Erregertypen entwickelt haben“, erläutert der Leiter des Regensburger Forscherteams, Wolfgang Bäumler. „Mit der Photodynamik können wir Keime unabhängig von Resistenzen abtöten und damit zudem der Resistenzentwicklung vorbeugen“, ergänzt er.

Das Verfahren funktioniert denkbar einfach: Die meist von der Natur abgeschauten Farbmoleküle, zum Beispiel Vitaminfarbstoffe, wandeln den umgebenden Luftsauerstoff in seine reaktivere Variante, Singulett-Sauerstoff um, wenn sie mit Licht bestrahlt werden. Je nachdem, wie schnell die Desinfektion erfolgen soll, lassen die Forscher entweder künstliches sichtbares Licht, beispielsweise von LEDs oder Neonröhren, oder Tageslicht auf die farbstoffbeladenen Keime einwirken. „Dieser aktive Sauerstoff oxidiert viele kleine Löcher in die Keime, bis die Zellen absterben. Das funktioniert ähnlich wie mit einem Bleichmittel, nur viel milder“, erläutert der Chemiker des Teams, Andreas Späth.

Er hält die Anwendung der Farbstoffe auf technischen Oberflächen für ein attraktives Einsatzgebiet für seine Farbstoffe. In Lacken gebunden können sie eine dauerhaft antimikrobiell wirkende Oberfläche bilden. Die Regensburger kooperieren bereits mit Lack-Herstellern. Die Anwendungsbereiche sind vielfältig: Türgriffe, öffentliche Computer-Terminals, schnurlose Telefone in Kliniken, Lichtschalter und Medizingeräte nennt Späth als Beispiele. „Im Prinzip sind alle Oberflächen interessant, an denen man sich im öffentlichen Leben, im Haushalt oder in Krankenhäusern infizieren kann, da viele verschiedene Leute sie berühren“, sagt der Forscher.

Zudem sind die Farbstoffe, im Gegensatz zu vielen anderen Desinfektionsmitteln, umweltfreundlich, da sie sich biologisch abbauen lassen. Einer der Farbstoffe ist sogar lebensmittelecht. Deshalb denken die Forscher auch an eine Verwendung der Methode in der Lebensmittelbranche.

Zum Beispiel wäre die Methode hervorragend für die Verpackungsentkeimung geeignet: Aufsprühen, belichten, fertig! Ein derartiges Verfahren würde den Herstellungsprozess weniger riskant machen, da nur sichtbares Licht und ungiftiger Farbstoff verwendet werden und kein gefährliches UV-Licht oder ätzendes Wasserstoffperoxid mehr notwendig wäre.

Die Forscher, die das Verfahren auch in der ausgegründeten Firma Trioptotec weiterentwickeln, haben bereits mit Brot experimentiert. Versuche zeigten, dass Brot nach einer Farb-Licht-Behandlung wesentlich langsamer schimmelt als unbehandelt. So etwas ganz ohne Chemikalien zu erreichen, sei für die Lebensmittelindustrie extrem interessant, sagt Späth.

Das drängendste Anwendungsgebiet ist aber der Kampf gegen hartnäckige Krankheitskeime in der Medizin: „Ziel ist es, die Keimlast, beispielsweise bei den hochgefährlichen MRSA-Keimen, auf ein Niveau zu senken, das das Immunsystem des Körpers noch gut bewältigen kann“, sagt Bäumler. Absolute Keimfreiheit sei nicht erstrebenswert, da die Hautflora nicht gestört werden sollte. „Dabei ist es von Vorteil, dass unsere Photosensibilisatoren ungiftig, geruchsneutral und hautschonend sind“, ergänzt der Experte. Sie trocknen die Haut nicht aus, wie das derzeit meistens verwendete Isopropanol und sie brennen nicht auf der Haut – die Methode kann also auch auf Schleimhäuten angewendet werden.