Kupfer und Zink gegen schädliche Keime

Es ist schon seit etlicher Zeit bekannt, dass Metalle (beziehungsweise deren Ionen) Keime abtöten oder in ihrem Wachstum hemmen können.
Gerade in der Mastvieh-Industrie, wo massenweise Antibiotika ins Futter gemischt werden, weil die Tiere sich auf engstem Raum sonst schnell krankmachende Keime einfangen könnten, sucht man nach Alternativen für diese Medikamente. Denn: Immer mehr Keime werden resistent gegen unsere medikamentösen Mittel. Der Einsatz von Metallionen zeigt gute Wirkung gegen Bakterien - problematisch ist aber, dass hohe Konzentrationen der Ionen auch körpereigene Zellen schädigen. Eine Studie in Frontiers In Veterinary Science hat sich mit der Lösung dieses Problems beschäftigt.

Die gesunde Darmflora

Auf und im menschlichen Körper leben etwa 10¹² Bakterien. Der größte Anteil davon lebt im Darm, insbesondere im Dickdarm. Zu den üblichen Bakterien gehören die Gruppen Enterokokkus, Bazillus, Bacteroides sowie Enterobacteriacae (übersetzt "Darmkeime"), zu denen Escherichia coli (E. coli) zählt.

Funktionen der Darmflora

Bakterien können nicht nur krank machen, sondern sind oftmals sogar ausgesprochen hilfreich! Die normale Mischbesiedlung findet im menschlichen Darm Lebensraum und Nahrung. Aber auch für den Menschen hat diese Besiedlung seine Vorteile.

Immunsystem

Eine große Rolle spielt die Mischbesiedlung im Darm für die Abwehr. Krankmachende Keime haben im Idealfall keine Möglichkeit, sich zu vermehren. Ein Beispiel hierfür ist die Antibiotika-assoziierte Kolitis, eine fiebrige Durchfall-Erkrankung, die auftreten kann, wenn über einen langen Zeitraum Antibiotika in hoher Dosis eingenommen wurden. Dadurch wird nämlich die normale Darmflora zerstört und krankmachende Bakterien breiten sich aus - zum Beispiel Clostridium difficile, den Verursacher der Antibiotika-assoziierten Kolitis.

Regulierung des Körpergewichts

Die Besiedelung des Darms zeigt deutliche Wechselwirkungen mit dem Körpergewicht. So konnte beobachtet werden, dass bei Übergewichtigen weniger Bakterien der Gruppe Bacteroides, aber mehr Bakterien des Stammes Firmicutis den Darm besiedelten. Im Tierversuch mit Mäusen, denen die Darmkeime dicker Mäuse übertragen wurden, nahmen diese Mäuse zu - obwohl die Nahrung verringert wurde!

Anregung der Darmbewegung und Ernährung der Schleimhaut

Darmkeime bauen für den Menschen unverdauliche Nahrungsbestandteile in kurzkettige Fettsäuren um, die den Zellen der Darm-Schleimhaut als Energiequelle dienen. Zusätzlich regen diese kurzkettigen Fettsäuren den Darm dazu an, den Darminhalt weiter Richtung Enddarm zu bewegen.

Symptome der Fehlbesiedlung des Darmes

Die typischen Beschwerden bei einer bakteriellen Fehlbesiedlung des Darms sind Bauchschmerzen, Blähbauch und Blähungen sowie eine vermehrte Anfälligkeit für Infektionserkrankungen und Nahrungsmittel-Unverträglichkeiten.

Kupfer

Der Mensch benötigt zwei bis vier Milligramm Kupfer pro Tag und speichert es hauptsächlich in der Leber. Kupferhaltige Nahrungsmittel sind beispielsweise Vollkornprodukte, Hülsenfrüchte und Sonnenblumenkerne. Kupfer ist Bestandteil vieler Redoxenzyme, die Wasserstoffperoxid unschädlich machen, Superoxid-Radikale reduzieren und bei der Energieproduktion der Zelle eine wichtige Rolle spielen.

Zink

Die schlechte Nachricht gleich vorab: Zink kann nicht vom Körper gespeichert werden! Der Mensch ist also jeden Tag auf das Spurenelement Zink angewiesen. Enthalten ist Zink unter anderem in Innereien, Fisch, Meeresfrüchten, rotem Fleisch und Weizen. Jeden Tag benötigt ein erwachsener Mensch etwa zehn bis fünfzehn Milligramm. Zink ist wichtig für die Funktionsfähigkeit der Enzyme. Über 70 verschiedene Zink-Metalloenzyme sind im menschlichen Körper bekannt! Beispiele dieser Enzym-Funktionen sind die Synthese von Testosteron und die Eliminierung schädlicher radikaler Sauerstoffspezies.
Bei einem Zinkmangel, der bei Infektionserkrankungen, Entzündungen und Stress sowie durch falsche Ernährung oder Leberzirrhose auftreten kann, folgt eine deutliche Störung der Wundheilung. Zink ist nämlich notwendig für die Synthese des Bindegewebes und der Verhornung der Haut.

Chitosan

Eine weitere Komponente des Nahrungs-Zusatzmittel in der Studie ist das Chitosan. Es wird bereits für Kosmetika, Zahnpflegeprodukte und in der Medizin vielfältig eingesetzt. Nur ein paar Beispiele der Wirkungen sind: Senkung des Cholesterinspiegels, Fettbindung zur Gewichtsabnahme (nur effektiv bei gleichzeitiger Diät), künstliche Haut, Zusatz in der Wundversorgung aufgrund seiner blutstillenden und antibakteriellen Wirkung und als Inhaltsstoff von Kontaktlinsen.

Die Studie

Antibiotika werden in der Viehzucht eingesetzt, weil sie einerseits das Wachstum der Masttiere steigern und andererseits die Verbreitung von möglichen Krankheitserregern unterbinden. Aufgrund vieler Resistenzen können diese Bakterien mittlerweile die Antibiotika-Behandlung überleben.
Metallionen wie Zinkoxid (ZnO) und Kupfersulfat (CuSO₄) können beide Funktionen der Antibiotika erfüllen. Dazu sind allerdings größere Mengen dieser Metallionen notwendig, die wiederum den Darm des Tieres schädigen würden. Darum haben Wissenschaftler ein Hydrogel (ein Wasser enthaltendes Gel, das sich aber nicht in Wasser auflösen lässt) entwickelt. Nach einer hydrothermalen (hydrothermal = von verdünnten Lösungen ausgeschieden) Behandlung des Chitosan (vom Chitin abgeleitetes, natürlich vorkommendes Polyaminosaccharid) werden Zinkoxid und Kupfersulfat dem Hydrogel hinzugefügt.
Das Resultat war eindeutig: Bevor das hydrothermal behandelte Chitosan-Hydrogel die Matrix der Metallionen darstellte, litten die körpereigenen Zellen stark. Im Versuch mit einer Zink-Konzentration von 50 Mikrogramm pro Milliliter wurden 92 % der Zellen durch Zink und Kupfer getötet! Wurde allerdings Chitosan-Hydrogel eingesetzt, starben nur 5 % der Zellen ab. Bei Zink-Konzentrationen uner 25 Mikrogramm pro Milliliter schützte die Chitosan-Matrix sowohl Struktur- als auch Immunzellen vor dem tödlichen Effekt der Metallionen.

Das Risiko für den Menschen

Bakterien, die im Körper des Masttieres verbleiben, können über die Nahrungskette den Menschen infizieren. Besonders gefährlich ist in dieser Hinsicht der Verzehr von rohem Fleisch (beispielsweise Mett). Zusätzlich müssen wir uns gegen "resistent gezüchtete" Keime wehren.

Das Potenzial für den Menschen

Es ist üblich, dass in der Entwicklung von Arzneistoffen zunächst das Mittel an Zellen im Reagenzglas getestet wird. Bei guten Ergebnissen erfolgen die nächsten Versuche am Tiermodell. Erst im Anschluss daran wird das Mittel am Menschen (zunächst am Gesunden in minimalster Dosierung, dann am Kranken) erprobt. Lassen sich die Wirkungen im menschlichen Darm ebenfalls feststellen, gäbe es möglicherweise auch eine Behandlung für den Befall mit krankhaften Keimen wie EHEC, bei dem der Einsatz von Antibiotika wegen Freisetzung von Bakterien-Giftstoffen kontrovers diskutiert wird. Das Shigatoxin, das freigesetzt wird, kann zum Nierenversagen führen. Außerdem ist EHEC typischerweise gegen sämtliche Antibiotika resistent.

Fazit: Wettlauf gegen die Entwicklung der Bakterien

Die WHO hat eine deutliche Warnung ausgesprochen: Gehen wir weiterhin so verschwenderisch mit Antibiotika um, kann es dazu kommen, dass kleinste Verletzungen tödlich enden - so wie es in Zeiten vor der Erfindung des Antibiotikums war. Ursache dieser Gefahr sind Resistenz-Entwicklungen der Keime gegen die Medikamente. Die Medizin befindet sich im Wettlauf gegen die Weiterentwicklung der Bakterien, aber so war es von Beginn an. Dementsprechend ist das Interesse groß, eine unschlagbare Waffe gegen die widerstandsfähigsten Keime zu entwickeln.

Quellen:
http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fvets.2015.00062/full
https://mediatum.ub.tum.de/doc/631436/631436.pdf
MIAMED Amboss: Bibliothek für Ärzte und Medizinstudenten
http://www.intestinal.de/#Intestinalflora