Bakteriophagen – Bakterienfresser mit Potenzial
Phagestack: Mit Phagentherapie gegen die stille Pandemie resistenter Bakterien
Autoren: Ewald Fernbach, CEO, Jonas Fernbach, CSO, und Robert Faber, COO, Phagestack GmbH
Antibiotikaresistenzen sind eine der größten globalen Gesundheitsbedrohungen unserer Zeit. Laut der Weltgesundheitsorganisation könnten sie bis zum Jahr 2050 mehr Todesopfer fordern als Krebs. Die Antwort auf diese stille Pandemie kommt aus der Natur selbst: Bakteriophagen – Viren, die gezielt Bakterien angreifen und vernichten. Phagestack erschließt dieses Potenzial mit Daten, Laboranalytik und Machine Learning und schafft einen skalierbaren Weg zur Entwicklung präziser antimikrobieller Lösungen. Von der Humanmedizin über Landwirtschaft und Aquakultur bis zur Lebensmittelsicherheit.
Bakteriophagen wurden vor über einem Jahrhundert entdeckt. Frühe Forschungen belegten ihre bemerkenswerten antibakteriellen Eigenschaften. Mit dem Aufkommen von Antibiotika Mitte des 20. Jahrhunderts geriet die Phagentherapie in der westlichen Medizin jedoch weitgehend in Vergessenheit. Osteuropäische Länder und die Länder der ehemaligen Sowjetunion erforschten und nutzten Phagen jedoch weiterhin und entwickelten so umfangreiches Wissen und klinische Erfahrung. Angesichts des alarmierenden Anstiegs multiresistenter Bakterien richtet die globale Wissenschaftsgemeinschaft heute ihre Aufmerksamkeit wieder auf Phagen und erkennt ihre Vorteile.
Bakteriophagen überzeugen vor allem durch ihre Spezifität. Im Gegensatz zu Breitbandantibiotika, die neben pathogenen Bakterien auch das nützliche Mikrobiom zerstören können, zielen Phagen typischerweise nur auf bestimmte Bakterienstämme oder -arten ab. Diese Präzision kann unerwünschte Effekte auf Nicht-Zielbakterien reduzieren und das Mikrobiom besser schützen. Treffen Phagen auf passende Wirtsbakterien, können sie sich am Infektionsort vermehren und die bakterielle Population gezielt reduzieren. Ihre Wirksamkeit hängt jedoch von Phage, Zielstamm, Formulierung und Anwendung ab. Deshalb sind eine genaue Charakterisierung und datenbasierte Auswahl entscheidend. Genau hier setzt Phagestack an.
Präzise antimikrobielle Lösungen durch Daten und Technologie
Phagestack ist mehr als eine Datenbank. Es ist eine skalierbare Plattform für die Entwicklung präziser antimikrobieller Lösungen. Im Zentrum steht ein Machine-Learning-Ansatz, der Phagen–Bakterien-Interaktionen modelliert und die Auswahl geeigneter Phagen für definierte bakterielle Zielstämme schneller, datenbasiert und effizienter machen soll.
Das kombiniert das Start-up:
- kuratierte Phagen- und Bakteriendaten als Grundlage für Forschung und Produktentwicklung,
- das zum Patent angemeldete, derzeit in Entwicklung befindliche Juicer-System zur High-Throughput-Reinigung und -Charakterisierung von Phagen sowie zur Generierung hochwertiger ML-Trainingsdaten.
- Machine-Learning-Modelle zur Vorhersage von Phagen–Bakterien-Interaktionen,
- charakterisierte Phagen und Laborservices für kundenspezifische Entwicklungsprogramme.
Die Datenbasis und Laborservices sind bereits verfügbar; die ML-gestützte, industriekompatible Plattform wird derzeit schrittweise integriert und in Pilotprojekten validiert.
Die Überführung geeigneter Phagen in
reproduzierbare Entwicklungs- und Produktionsprozesse bleibt anspruchsvoll.
Potenzial phagenbasierter Lösungen in der Medizin
Eine wichtige Anwendung liegt in der Humanmedizin, insbesondere in der Entwicklung neuer Lösungen gegen antibiotikaresistente Infektionen.
Bekämpfung multiresistenter Bakterien: Phagentherapie bietet einen Hoffnungsschimmer für Patienten mit Infektionen durch Bakterien wie Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA), Carbapenem-resistente Enterobacteriaceae (CRE) und Pseudomonas aeruginosa. Diese „Superbugs“ sind bekanntermaßen schwer mit herkömmlichen Antibiotika zu behandeln, was oft zu längeren Krankenhausaufenthalten, erhöhter Morbidität und Mortalität führt. Phagen können diese resistenten Stämme angreifen, selbst diejenigen, die gegen mehrere Antibiotikaklassen Resistenzen entwickelt haben.
Chronische Infektionen und Biofilme: Biofilme, Bakteriengemeinschaften in einer schützenden Matrix, stellen eine große Herausforderung bei der Behandlung chronischer Infektionen wie Mukoviszidose-Lungeninfektionen, Infektionen von Gelenkprothesen und chronischen Wunden dar. Bakterien in Biofilmen sind deutlich resistenter gegen Antibiotika und die Immunreaktion des Wirtes. Phagen, insbesondere solche mit Depolymerase-Enzymen, können diese Biofilme durchdringen und zerstören, wodurch die eingekapselten Bakterien anfälliger für die Phagenlyse oder sogar die gleichzeitige Gabe von Antibiotika werden.
Personalisierte Medizin: Die Spezifität von Phagen eignet sich für zielgerichtete, medizinische Ansätze. Voraussetzung ist, passende Phagen für den jeweiligen bakteriellen Zielstamm zuverlässig zu identifizieren und experimentell zu validieren. Datenbasierte Auswahlverfahren können diesen Prozess beschleunigen. Auch Phagencocktails, bei denen mehrere Phagen kombiniert werden, um das Wirkspektrum zu erweitern und Resistenzentwicklung zu begrenzen, sind eine vielversprechende Entwicklungsstrategie.
Mögliche Anwendungen in Landwirtschaft und Aquakultur
Der Einsatz von Antibiotika in Landwirtschaft und Aquakultur hat erheblich zur Zunahme von Antibiotikaresistenzen beigetragen. Phagen bieten in beiden Bereichen eine gezielte und potenziell nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Antibiotika.
Tiergesundheit und Aquakultur: Phagen können zur Behandlung und Vorbeugung bakterieller Erkrankungen bei Nutztieren und Zuchtfischen eingesetzt werden, etwa gegen Salmonellen bei Geflügel, Mastitiserreger bei Rindern oder Vibrio-Arten in der Aquakultur. Eine geringere Abhängigkeit von Antibiotika kann dazu beitragen, die Ausbreitung von Resistenzen über Lebensmittel und Umwelt zu begrenzen. Gleichzeitig können gezielte Phagenanwendungen Tierwohl, Bestandsgesundheit und Produktivität verbessern.
Pflanzenschutz: Bakterielle Pflanzenpathogene verursachen erhebliche wirtschaftliche Verluste in der Landwirtschaft. Phagen können auf Nutzpflanzen eingesetzt werden, um Krankheiten wie Bakterienbrand bei Reis, Weichfäule bei Kartoffeln und Feuerbrand bei Obstbäumen zu bekämpfen. Dies bietet eine gezielte und umweltfreundliche Alternative zu chemischen Pestiziden, die schädliche Auswirkungen auf Ökosysteme und die menschliche Gesundheit haben können.
Lebensmittelsicherheit: Phagen können eingesetzt werden, um die bakterielle Kontamination von Frischwaren und Fleisch während der Verarbeitung zu reduzieren. Das Besprühen oder Eintauchen von Lebensmitteln in Phagenlösungen kann die Belastung mit Krankheitserregern wie Salmonellen, E. coli und Listeria monocytogenes senken und dadurch Lebensmittelsicherheit und Haltbarkeit verbessern.
Eine wichtige Anwendung von Bakteriophagen liegt in der Entwicklung neuer Lösungen gegen antibiotikaresistente Infektionen.
Vom Datensatz zum Entwicklungsprogramm
Die Entwicklung phagenbasierter Produkte beginnt mit einer anspruchsvollen Auswahlaufgabe: Welcher Phage interagiert unter definierten Bedingungen mit welchem bakteriellen Zielstamm? Klassische Screeningverfahren sind zeit- und ressourcenintensiv. Gleichzeitig sind öffentlich verfügbare Daten oft heterogen oder unvollständig. Phagestack verbindet deshalb Datenzugang, experimentelle Validierung und ML-basierte Modellierung in einem durchgängigen Entwicklungsansatz.
Daten als Service: Kunden erhalten strukturierten Zugang zu kuratierten Informationen über Phagen, Wirtsbakterien und bekannte Interaktionen. Die Datenbasis unterstützt die Target-Auswahl, Forschungsplanung und die Priorisierung geeigneter Kandidaten.
Laborservices und Biologika: Für kundenspezifische Programme isoliert, reinigt und charakterisiert Phagestack Phagen und prüft ihre Interaktion mit bakteriellen Zielstämmen. Charakterisierte Phagen können für weitere R&D-Schritte bereitgestellt werden.
Machine Learning: Die experimentell erzeugten Daten verbessern Modelle zur Vorhersage von Phagen–Bakterien-Interaktionen. Langfristiges Ziel ist eine Genom-zu-Genom-Vorhersage, die die Zahl notwendiger Screeningexperimente reduziert und Entwicklungsprogramme in Pharma, Landwirtschaft und Aquakultur beschleunigt.
Herausforderungen phagenbasierter Produktentwicklung
Trotz des großen Potenzials phagenbasierter Anwendungen müssen für eine breite Nutzung zentrale Herausforderungen bewältigt werden. Dazu zählen belastbare Daten, standardisierte Charakterisierungsmethoden, reproduzierbare Herstellungsprozesse und anwendungsspezifische regulatorische Anforderungen. Phagen–Bakterien-Interaktionen sind hochspezifisch, während öffentlich verfügbare Daten häufig unvollständig oder methodisch schwer vergleichbar sind. Kuratierte Datensätze und standardisierte In-vitro-Tests sind daher entscheidend, um robuste Machine-Learning-Modelle zu entwickeln.
Auch die Überführung geeigneter Phagen in reproduzierbare Entwicklungs- und Produktionsprozesse bleibt anspruchsvoll. Für spätere Anwendungen sind standardisierte Reinigungs-, Formulierungs- und Qualitätskontrollverfahren notwendig. Die konkreten Anforderungen unterscheiden sich je nach Markt und geplanter Anwendung.
Bei medizinischen Anwendungen kommen klinische Entwicklung und Zulassung hinzu. Aufgrund der dynamischen Interaktion zwischen Phagen und Bakterien können adaptive Studiendesigns und klar definierte Endpunkte erforderlich sein. Phagestack unterstützt diese Entwicklung als Technologie- und Datenpartner für Industrie und Forschung.
Ebenso wichtig ist die Akzeptanz phagenbasierter Produkte. Medizinisches Fachpersonal, Landwirte, Produzenten und Öffentlichkeit benötigen klare Informationen zu Sicherheit, Wirksamkeit und Grenzen der jeweiligen Anwendung. Transparente Daten und nachvollziehbare Qualitätsstandards sind entscheidend, um Vertrauen aufzubauen und historische Vorbehalte zu überwinden.
Obwohl Phagen hochspezifisch wirken, können Bakterien im Laufe der Zeit Resistenzen gegen einzelne Phagen entwickeln. Dieses Risiko lässt sich durch sorgfältige Phagenauswahl, Kombinationen mehrerer Phagen und die kontinuierliche Erweiterung charakterisierter Bibliotheken reduzieren. Ein besseres Verständnis der genetischen Mechanismen von Phagen–Bakterien-Interaktionen soll künftig helfen, resistente Zielstämme früher zu erkennen und robuste Phagenkombinationen datenbasiert zu entwickeln.
Autoren:
Ewald Fernbach
Ewald Fernbach, CEO, verantwortet die strategische Ausrichtung und Investorenkommunikation von Phagestack. Er bringt umfangreiche Erfahrung in der Leitung von Produktion und Datenbankteams im Biotech-Bereich aus früheren Führungspositionen mit.
Jonas Fernbach
Jonas Fernbach, CSO, ist Experte für Bioinformatik und synthetische Biologie und war in leitender Forschung an der ETH Zürich sowie der Universität Kopenhagen tätig. Er entwickelt die Machine-Learning-Algorithmen zur Vorhersage von Phagen–Bakterien-Interaktionen.
Robert Faber
Robert Faber, COO, verfügt über umfassende internationale Erfahrung im operativen Management und in der Skalierung von Start-ups. Er steuert die Delivery-Strategie und den Kundenerfolg.
Dieser Beitrag ist in CHEManager 7/2026 erschienen.
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