Thomas U. Keller, Smith & Nephew, Schweiz

1. Resistenz und Toleranz – Ist Silber mehr als ein
Edelmetall?
Thomas U. Keller, Mikrobiologe/Biochemiker
Niederrheinischer Pflegekongress 28.-29.09.2011

2. Mannschaftssport

4. Wie funktioniert diese Verteidigung?

5. Überlebensstrategien: Teambildung

6. Kolonisierung neuer Welten

7. Der Biofilm

8. Das Team

9. FC Augenklinik Augsburg

10. Jo M. Martin et al. Molecular Biology: New Dimension for Cutaneous Biology and Wound Healing; J. of Invetigatind Dermatology, Vol 130, 2010

11. Das Leben im Biofilm (Genetic finger printing)
Jo M. Martin et al. Molecular Biology: New Dimension for Cutaneous Biology and Wound Healing; J. of Invetigatind Dermatology, Vol 130, 2010

12. Das Leben im Biofilm (Genetic finger printing)
Jo M. Martin et al. Molecular Biology: New Dimension for Cutaneous Biology and Wound Healing; J. of Invetigatind Dermatology, Vol 130, 2010

13. Das Leben im Biofilm (Genetic finger printing)
 Der Biofilm ist eine organisierte Gemeinschaft
verschiedener Kulturen
 Der Zusammensetzung des Biofilms hängt von der
Wunde ab
 Im Biofilm herrscht eine Symbiose zwischen anaeroben
und aeroben Bakterienarten.
 Die vorhandenen Rohstoffe (Exudat) bestimmen den
Alltag
Jo M. Martin et al. Molecular Biology: New Dimension for Cutaneous Biology and Wound Healing; J. of Invetigatind Dermatology, Vol 130, 2010

14. Der Schutz

15. Die Abwehrlinie
Der Biofilm

16. Abwehr von Feinden

17. Abwehrkampf der Natur: Antibiotika

18. Survival of the fittest

19. Antibiotika
Antibiotika (v. altgriech. ἀντί- „anstelle, gegen“ und βίος
„Leben“ mit lateinischer Endung; Einzahl Antibiotikum) sind
im ursprünglichen Sinne natürlich gebildete,
niedermolekulare Stoffwechselprodukte von Pilzen oder
Bakterien, die schon in geringer Konzentration das
Wachstum von anderen Mikroorganismen hemmen oder
diese abtöten.

21. Rettich
Blausäure
Atembeschwerden

22. Antibiotika in der modernen Medizin

23. Antibiotika in der modernen Medizin
Proteinsynthese Struktur und Funktion der
: DNA:
Aminoglykoside
Chinoline
Lincosamide
Nitrofurane
Makrolide
Nitrimidazole
Oxazolinoide
Zellwandaufbau:
Tetracycline
Bactracin Struktur und Funktion der
B-Laktam-Antibiotika Zellmembran:
Fostomycin Colistin
Glykopeptide Polymyxin
Folsäuresynthes
Ribosomen:
e
Rifampcin
Sulfonamide
Trimethoprin

24. Antibiotika in der modernen Medizin
Die meisten eingesetzten Antibiotika sind chemisch –
kommen in der Natur in der Form nicht vor
Die meisten Antibiotika sind max. 70 Jahre alt
Die Möglichkeit der weiteren chemischen Modifikationen sind
beschränkt
Der Vorrat an neuen Antibiotika sinkt

25. Abwehrkampf der Bakterien I:
Die Resistenz

26. Mechanismus der Resistenzbildung
Erkennnen
Immunsystem
Abwehren
Weitersagen

27. Beta-Lactam Ring
Erkennen

28. Abwehren
Resistenz gegen Antibiotika:
• Synthese von Enzymen (spontane Mutation,
selektive Mutation)
• Stören/zerstören der 3D-Struktur
• Inaktivieren der aktiven Komponente
• Zerlegung in Einzelmoleküle

29. Weitersagen
Plasmid

30. Weitersagen zwischen gleichen Stämmen
MRSA=Methicillin-resistente Staph. aureus

31. EHEC

32. Weitersagen zwischen verschiedenen Stämmen
VRSA= Vancomycin resistente Staph. aureus

33. Abwehrkampf der Bakterien II:
Die Toleranz

34. Survival of the fittest
Resistent! Resistent?

35. Karitativ eingestellte Bakterien opfern sich für
die Gemeinschaft
Nature: Vol 467/2 September 2010

37. Survival of the fittest
Tolerante Bakterien
Erhöhen der Pumpenleistung
Bildung von Oxidantien
Resistente Bakterien
 Erschöpfung z.T. absterben
Sensible Bakterien
Tod

38. Vorteile:
1) Rasche Reaktionszeit, da nur kleiner Teil resistent
2) Sensibilisierung der Population  Erhöhen der
Überlebensrate
3) Einfache Mechanismen, in der Zelle rasch umsetzbar
Nachteile:
Resistente Zellen können zugrunde gehen, da Produktion
von Indol sehr energieaufwendig ist

39. Natürliches Antibiotikum: Ag+

40. Silber als Naturprodukt

41. Resistenz ?
Penicillin Ag+
Resistenz Antibiotika: Resistenz Ag+
• Stören/zerstören der 3D-Struktur • Ist bereits ein Einzelmolekül
• Inaktivieren der aktiven Komponente klassische Resistenz nicht möglich
• Zerlegung in Einzelmoleküle

42. Wie kommt das Silber in die Zelle
Zelleigenes Pumpensystem
Bakterien Innenraum (Cytoplasma)

43. Philippus Theophrastus Aureolus Bombast von Hohenheim
All Ding' sind Gift und nichts ohn' Gift;
allein die Dosis macht, das ein Ding kein Gift ist

44. Abwehr von Ag+

45. Abwehr von Ag+ (geringe
Konzentration)

46. Abwehr von Ag+ (hohe
Konzentrationen)

47. Abwehr von eindringendem Ag+
Membran-Pumpen, die den Stofftransport sowie die Zellatmung steuern

48. Toleranz gegen Ag+
Mechanismen:
• Erhöhung der Pumpenleistung um Ag+ aus der Zelle zu
befördern
Einbau von zusätzlichen Pumpen in die Membran um noch
•
mehr
Ag+ aus der Zelle zu befördern.
• „Auffangbecken“ für eindringende Menge Ag+

49. Minimale bakterizide Konzentration (MBC)
• MRSA = 60 ppm (Maple et al 1992)
•  Acticoat-Konzentration gemessen in tryptic soy broth): 80-100 ppm
• (Yin et al, J Burn Care and Rehabil.1999;20:195-200)

50. Stoffklassen mit Ag+

51. Ag+ im Altertum

52. Ag+ im Mittelalter

53. Salbe

54. Silbersulfadiazine (SSD)
• Wird primär bei Verbrennungen eingesetzt
• Ag an Sulfadiazine gebunden Komplex wirkt an der
Bakterienwand
• Sulfadiazin:
toxische Wirkung gegenüber Knochenmark
Proinflammatorischer Effekt kann zu Verzögerung der
Reepithalisation führen

55. Matrixgebundenes Silber

56. Matrixgebundenes Silber
Aktivkohle + Silber (Actisorb® Silver
220)
Hydrofaser + Silber (Aquacel®
Ag)
Schaumstoff + Silber (Avance®)
Schaumstoff + Silber (Allevyn®
Ag)
Hydrokolloid +Silber (Contreet® H )
S.Thomas JWC 2003

57. Matrixgebundenes Ag+
Als Beispiel: CMC (Carboxymethylcellulose)

58. Matrixgebundenes Ag+
PU-Schaum
Chemischer «Haken» wird fest an PU-Schaum gebunden
Ag+ löst sich in wässriger Lösung

59. Nanokristallines Silber

60. Nanokristallines Silber
Das Wort "Nano" kommt aus dem Griechischen und heißt
"Zwerg". Im wissenschaftlichen Sprach-gebrauch steht
"Nano" für eine Größen-ordnung einer Einheit . Ein
Nanometer (abgekürzt: 1 nm) steht für ein milliardenstel
Meter (1/1.000.000.000 m = 10-9m). Das heißt ein Meter
entspricht genau einer Milliarde (109) Nanometer .
Oder
10 Wasserstoffatome in einer Reihe messen 1 nm

61. Nanokristallines Silber
SILCRYST™ is a trademark of NUCRYST Pharmaceuticals Corp. and Acticoat™ is trademark of Smith & Nephew plc

62. Herstellung von nanokristallinem Silber
(Actiocat©)
SILCRYST™ is a trademark of NUCRYST Pharmaceuticals Corp. and Acticoat™ is trademark of Smith & Nephew plc

63. Polyestermatrix
SILCRYST™ is a trademark of NUCRYST Pharmaceuticals Corp. and Acticoat™ is trademark of Smith & Nephew plc

64. Beschichtung des nanokristallinen Silber
SILCRYST™ is a trademark of NUCRYST Pharmaceuticals Corp. and Acticoat™ is trademark of Smith & Nephew plc

65. REM der nanokristallinen Membran
Querschnitt Oberfläche
SILCRYST™ is a trademark of NUCRYST Pharmaceuticals Corp. and Acticoat™ is trademark of Smith & Nephew plc

66. Nanokristallines Silber
Ag0
Ag+

67. Nanokristallines Silber
Polyestergerüst

68. Nanokristallines Silber aktiviert
Ag+
Ag+
Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+
Ag+ Ag+ Ag+
Ag+ Ag+
Ag+ Ag+ Ag+ Ag+
Ag+ Ag+
Ag+ Ag+ Ag+ Ag+
Ag+ Ag+
Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+ Ag+

69. Nanokristallines Silber Acticoat®
Ag+
Ag+
Ag+
Ag+ Ag+
Ag+
Ag+
Ag+
Ag+
Ag+
Ag+
Ag+ Ag+
Ag+
Ag+
Ag+

70. Zusammenfassung
• Praktisch
alle bekannten Resistenzen sind gegen
synthetisch hergestellte Antibiotika festgestellt worden
• Gegen Antibiotika ist der karitative Effekt lebensrettend
(Zeit)
• Silber ist ein natürliches Molekül
• Bakterien können Silber nicht bekämpfen
• Bakterien
können durch geeignete Massnahmen die
Toleranz gegen Silber erhöhen
• Silber
soll in hoher Konzentration verwendet werden um
Toleranzen zu vermeiden (Zeitfaktor)