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Coronaimpfung: Spray statt Spritze

Wer sich vor Nadeln fürchtet oder mRNA-Impfstoffe vermeiden möchte, dem steht in Zukunft möglicherweise ein Alternative zur Impfung zur Verfügung: die Verabreichung eines Impfstoffs via Nasenspray. MolekularbiologInnen an der Universität Graz haben einen Vakzin-Kandidaten entwickelt, der günstig in der Produktion, bei Raumtemperatur haltbar und ohne ausgebildetes Personal als Nasenspray zu verabreichen ist.

Als Trägermaterial für den Impfstoff verwendete das Team um Studienleiter Stefan Schild abgeschnürte Außenmembranen von Cholera- und Kolibakterien. Diese wurden mit Informationen über das charakteristische Spike-Protein des Covid-Erregers „bestückt“, damit das Immunsystem das Virus als Feind erkennt und bekämpfen kann. Im Mausmodell war das potenzielle Vakzin ähnlich wirksam wie die bereits zugelassenen Impfstoffe.

Auch wenn die Entwicklung die aktuelle Welle nicht mehr brechen kann, sieht Schild großes Potenzial für die neue Technologie: „In Afrika sind erst drei Prozent der Bevölkerung immunisiert, und die derzeit verfügbaren Impfstoffe werden sicher nicht ausreichen, um die Pandemie dauerhaft unter Kontrolle zu bringen.“ Gerade die einfache Produktion und Verteilung sieht er als großes Plus seines Kandidaten, den er in enger Zusammenarbeit mit der Tufts University in Massachusetts entwickelt hat. Die Verabreichung über die Nase erhöht wahrscheinlich auch die Wirksamkeit, da die Abwehrkräfte in den Schleimhäuten aktiviert werden, was bei intramuskulären Injektionen nicht der Fall ist. Darüber hinaus kann das bereits bewährte Trägermaterial für eine ganze Reihe weiterer Infektionskrankheiten adaptiert werden.

Referenz:
Universität Graz; Tufts University, Boston
An intranasal vaccine based on outer membrane vesicles against SARS-CoV-2, Frontiers in Microbiology 2021; https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2021.752739/abstract

#vakzin #impfstoff #corona #pandemie #impfung #nasenspray #immunisierung #medizin #medimpressions

Fotocredit: JosepSuria/shutterstock.com

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Genetik Onkologie Technologie Tumorbiologie Wissenschaft

Ribosomem-Hemmer als neue Tumor-Medikamente

Stellt man sich eine Zelle wie eine Fabrik vor, dann sind Ribosomen jene „Maschinen“, die die Proteine herstellen. Die Bildung von neuen Ribosomen ist für sich schnell teilende Zellen besonders wichtig. „Normale“ Zellen können mit den vorhandenen Ribosomen länger haushalten. Schnellteilende Zellen – wie es etwa Krebszellen sind – brauchen aber permanent Nachschub: „Wenn wir hier die Neubildung von Ribosomen hemmen, könnte das ein vielversprechender Ansatzpunkt für die Entwicklung effektiver Medikamente zur Tumorbehandlung sein“, erklärt Helmut Bergler von der Universität Graz.

Wie der Hemmstoff Diazaborin die Bildung neuer Ribosomen komplett zum Erliegen bringen kann, hat das interdisziplinäre Forschungsteam in Kooperation mit dem Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) und dem Institute of Science and Technology (IST) jetzt gezeigt. Die WissenschafterInnen haben sich dabei das Protein „Drg1“, das zu einer weit verbreiteten Enzym-Familie gehört, genauer angesehen. Es dient dazu, einen wichtigen Faktor von einer Ribosomen-Vorstufe abzulösen und zu recyclen, so dass dessen Reifung voranschreiten kann. „Die Hemmung von Drg1 durch Diazaborin erfolgt dabei durch einen neuartigen Mechanismus und blockiert effizient die Entstehung neuer Ribosomen“, unterstreicht Erstautor Michael Prattes das Ergebnis ihrer Untersuchungen. 

In der Studie konnte das Forschungsteam erstmals auch die Struktur von Drg1 im Zusammenhang mit Diazaborin mittels cryo-Elektronenmikroskopie bestimmen. Dabei zeigte sich, dass Diazaborin – im Gegensatz zu anderen Hemmstoffen – eine direkte Bindung zum Nukleotid Co-Faktor eingeht.
Das Wissen um die Wirkung des Hemmstoffs könnte nun einen wichtigen Beitrag für die weitere Entwicklung von neuartigen Wirkstoffen in der Behandlung von Tumoren leisten.

Referenz:
Universität Graz, IMP, IST
Structural basis for inhibition of the AAA-ATPase Drg1 by diazaborine, Nature Comm 2021,  https://www.nature.com/articles/s41467-021-23854-x

#tumor #krebs #ribosomen #zellteilung #proteine #hemmwirkung #enzym #medizin #medimpressions

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Leben Neurologie Neurowissenschaften Technologie Wissenschaft

Videospiele trainieren den Zahlensinn

Aus Studien ist bereits bekannt, dass Videospielen kognitive Fähigkeiten wie etwa die Zeitwahrnehmung oder das Arbeitsgedächtnis verbessert. Eine weitere Studie belegt jetzt, dass Videospieler auch besser darin sind, Mengen richtig abzuschätzen.

Videospiele sind nicht nur Zeitvertreib, sie verbessern auch die Hirnleistung. Je mehr wir spielen, desto besser lässt sich auf einen Blick eine Anzahl von Gegenständen abschätzen. „Das beruht wahrscheinlich auf verbesserten Aufmerksamkeitsprozessen im Gehirn, berichten die Neurowissenschaftler Joana Stäb und Uwe Ilg vom Hertie-Institut für klinische Hirnforschung und der Universität Tübingen.

Um dies herauszufinden, rekrutierten sie passionierte Computerspieler, die mehr als vier Stunden pro Woche mit ihrem Hobby verbrachten. Als Kontrollgruppe dienten Personen, die deutlich weniger Zeit mit Videospielen verbrachten. Während des Experiments sahen beide Probandengruppen zwei Kreise mit Punkten auf einem Bildschirm. Sie mussten jeweils spontan angeben, in welchem Kreis sich mehr Punkte befanden. So konnten die Forschenden ihre Wahrnehmungsschwelle bestimmen.

Das Ergebnis: „Die Fähigkeit, Mengen auf einen Blick zu schätzen, lässt sich tatsächlich trainieren“, berichtet Studienleiter Ilg. „Vereinfacht ausgedrückt: Computerspieler können intuitiv und ohne nachzuzählen besser unterscheiden, ob mehr Äpfel oder mehr Orangen in einem Einkaufswagen liegen.“ Bei den Versuchsdurchgängen, in denen sich die Menge von Punkten in beiden Kreisen nur minimal unterschied, waren sie sogar eindeutig überlegen. Je mehr sie pro Woche spielten, desto feiner war ihre numerische Auflösung.
Die Hirnforscher rufen allerdings nur zum mäßigen Spielen auf: „Jede Medaille hat zwei Seiten – exzessives Computerspielen kann in Abhängigkeit münden, dies ist offiziell als Krankheit anerkannt.“

Referenz:
Universität Tübingen
Video-game play and non-symbolic numerical comparison, Addiction Biology 2021; https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/adb.13065

#videospiele #skills #kognitivefaehigkeit #computerspiele #hirnleistung #gehirn #aufmerksamkeit #medizin #medimpressions

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Ernährung Leben Technologie Umwelt Wissenschaft

Zukunftsnahrung: Quallenchips und Seegurkensuppe

Die Weltbevölkerung nimmt rasant zu, fruchtbares Land, Süßwasser und Dünger werden knapp. Am Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung geht man daher der Frage nach, inwieweit das Meer Nahrungsressourcen birgt, die bisher noch kaum genutzt wurden.

Auf unseren Tellern könnte sich bald ein Tier finden, das als vermehrungsfreudige Plage, ein eher negatives Image hat – die Qualle. Sie besteht zwar zu rund 97% aus Wasser, ihre Trockenmasse hat aber ein interessantes Nährwertprofil mit einem hohen Anteil an essentiellen Aminosäuren, vielen Mineralstoffen und mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Dank ihres Proteingehaltes könnten Quallen sogar Lachs oder Thunfisch ersetzen, die auch in Aquakultur kaum nachhaltig gezüchtet werden können. Aufgrund ihrer großen Artenvielfalt ist auch davon auszugehen, dass ihr Potenzial für unsere Ernährung bei weitem noch nicht ausgeschöpft ist. Für Europäer könnten sie als kalorienarmes Superfood in Form von Chips oder Proteinpulver attraktiv werden.

Im Fokus der Wissenschaftler befinden sich auch Seegurken, von denen es rund 1700 Arten gibt, darunter einige, die über drei Meter lang werden und in allen Meeren vorkommen. Bekannt als „Ginseng der Meere“ enthalten sie unter anderen wertvollen Inhaltsstoffen auch Chondroitinsulfat, das gegen Arthrose wirken soll.
Mittels integrierter Aquakultur versucht man jetzt Wohngemeinschaften unter Wasser zu etablieren, die einen natürlichen Kreislauf bilden. So sollen etwa die Futterreste und Ausscheidungen von Fischen oder Garnelen, von anderen Zuchtorganismen wie Algen, Muscheln oder Seegurken verwertet werden. Algen, wie etwa die Meerestraube, weisen nämlich ebenfalls ein sehr breites Spektrum an nützlichen Inhaltsstoffen auf. Zudem schmeckt der „grüne Kaviar“ leicht salzig und zerplatzt im Mund geradeso wie sein Namensgeber.

Referenz:
Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)
Pressemeldung: „Food for the future”, 25.5.2021, https://www.leibniz-zmt.de/de/forschung/wissenschaftliche-projekte/food-for-the-future.html

#ernährung #nährwert #zukunft #meer #aquakultur #nahrung #ressourcen #medizin #medimpressions

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Biotechnologie Diagnostik Technologie Wissenschaft

Biochips schmuggeln effizient Wirkstoffe in Zellen ein

Moderne Impfstoffe wie die gegen Sars-CoV-2 nutzen winzige Fettkügelchen, um genetische Informationen in Zellen zu bringen und so eine Immunabwehr gegen das gefährliche Virus aufzubauen. Ein Team von WissenschaftlerInnen hat nun eine ganz neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sich sehr effizient nicht nur Gene, sondern auch Wirkstoffe und andere Substanzen in Zellen transportieren lassen. Das neue Verfahren, das jetzt auch als Patent eingereicht wurde, nennt sich „Progressive Mechanoporation“.

Die ForscherInnen entwickelten einen speziellen Biochip aus einem Kunststoff, auf dem hintereinander immer enger werdende Kanäle, die mehr als zehnmal kleiner sind als ein menschliches Haar, angeordnet sind. Zellen, die durch diese Kanäle gepresst werden, strecken sich dabei immer stärker, bis Löcher in der Plasmamembran entstehen. Durch diese Löcher können dann Moleküle in das Zellinnere gelangen. Haben die Zellen die Kanäle passiert, schließen sich die Löcher von alleine wieder. Die Forschenden haben gezeigt, dass das sogar mit sehr großen Proteinen, wie beispielsweise Antikörper, klappt.

Ein großer Vorteil der Methode: Pro Sekunde können so bis zu 10.000 Zellen durch den Chip geschickt werden. Gleichzeitig ist das Verfahren sehr schonend, nur wenige Zellen werden im Vergleich zu anderen Techniken geschädigt.
Mit Hilfe der neuen Methode könnten Pharmahersteller künftig etwa sehr effizient Wirkstoffe testen, um neue Medikamente zu entwickeln. Krankenhäuser könnten in Zukunft mit der „Progressiven Mechanoporation“ routinemäßig Zellen von Patienten untersuchen und sogar behandeln.

Referenz:
TU Dresden; Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin; ICR, London
Efficient and gentle delivery of molecules into cells with different elasticity via progressive mechanoporation, Lab Chip, 2021, Advance Article;
https://doi.org/10.1039/d0lc01224f

#wirkstoffe #transport #intrazellulär #biochip #membran #medikamentenentwicklung #medizin #medimpressions

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Genetik Infektiologie Leben Technologie Wissenschaft

The Dance of Spike – Spikeproteine im Discofieber

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Ein Video der Johannes Kepler Universität Linz (JKU) zeigt, wie sich das Lektin CLEC4G an die Zuckermoleküle des Spikeproteins von SARS-CoV-2 heftet. Das Spike-Protein erweist sich dabei als erstaunlich geschmeidig und tanzfreudig.

Diese Beweglichkeit überraschte auch die Forscher, da das quasi dreiseitige S-Protein auf den Bildern immer „relativ geschlossen“ aussieht, erklärt Peter Hinterdorfer vom Institut für Biophysik der Universität Linz: „Wir haben aber gesehen, dass es an den Oberflächen eigentlich aufmacht und die drei Arme dynamisch sind.“

Hinter den Aufnahmen steckt eine Forschungsarbeit zu einer Idee um den Genetiker Josef Penninger, bei der man dem SARS-CoV-2-Virus mittels Lektinen den Schlüssel für menschliche Zellen „verkleben“ möchte. Erste Ergebnisse sind vielversprechend. So konnten bereits zwei von 140 untersuchten Lektinen isoliert werden. Diese könnten möglicherweise andere Substanzen, wie etwa das sich in fortgeschrittener klinischer Erprobung befindliche Medikament APN01, ein biotechnologisch hergestelltes menschliches Angiotensin Converting Enzym 2 (rhACE2), das ebenfalls an das Spike-Protein bindet, unterstützen.

Penninger: „Mit beiden Lektinen haben wir erstmals die Möglichkeit, das Virus über dessen Zuckerhülle zu binden und zu neutralisieren. Die Stellen, an denen das SARS-CoV-2 S-Protein mit den Zuckermolekülen modifiziert wird, sind hoch-konserviert und finden sich in allen derzeit zirkulierenden Mutanten wieder. Womöglich ist das die Achillesferse des Virus.“

Referenz:
Video: Johannes Kepler Universität Linz;
APA Pressemeldung 27.April 2021;
Originalliteratur: Identification of lectin receptors for conserved SARS-CoV-2 glycosylation sites, bioRxiv April 2021; https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.04.01.438087v1

#spikeprotein #lektin #sarscov2 #pandemie #covid19 #corona #viren #medizin #medimpressions

Fotocredit: Johannes Kepler Universität Linz

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Ultraleichtes Sensorpflaster ersetzt Kabel und Geräte

Für viele Menschen ist es ein notwendiges Übel – das dreimal tägliche Messen von Blutdruck und Puls. Stress verursachen auch die eingesetzten Messgeräte, die hinsichtlich Größe und Gewicht, als auch Messvorgang meist als unhandlich empfunden werden, was folglich sogar die Blutdruckwerte verfälschen kann.

Diese Situation inspirierte Forscher des Joanneum Research, gemeinsam mit Kollegen der Osaka Universität, ein elektronisches Sensorpflaster für Gesundheitsparameter zu entwickeln, das so dünn ist, dass man es kaum spürt. Insgesamt ist das Pflaster nicht mehr als 0,0025 mm dick und enthält ein ferroelektrisches Polymer zwischen zwei Elektrodenflächen, das auf einer hauchdünnen Trägerfolie aufgebracht wurde. Es schmiegt sich komplett an die Haut an und ist damit der weltweit erste, ultraflexible piezoelektrische Sensor. Neben der Pulsrate kann das Sensorpflaster Aussagen über die Elastizität der menschlichen Blutgefäße machen und über die Pulswellengeschwindigkeit den Blutdruck messen. Die Messdaten können dank eines Elektronikmoduls auch an ein Smartphone drahtlos übertragen werden.

Besonders faszinierend ist, dass das Sensorpflaster kabellos und komplett energieautark eingesetzt werden kann, da die Gewinnung der elektrischen Energie – mittels entsprechender Schaltung – über biomechanische Bewegungen, etwa während des Stufensteigens, gewonnen werden kann. Dies würde für eine dreimal tägliche Blutdruckmessung ausreichen, so die Forscher, vorausgesetzt, es findet sich ein leichtes  verbrauchsarmes Elektronikmodul für kabellose Datenübertragung, die derzeit noch rar gesät sind.

Elektronische Sensorpflaster könnten künftig als Teil des Screenings bei weiteren Herz-Kreislauferkrankungen, Stressfaktoren und Schlafapnoe eingesetzt werden.

Referenz:
Joanneum Research Weiz/Graz; Osaka University
Imperceptible energy harvesting device and biomedical sensor based on ultraflexible ferroelectric transducers and organic diodes, Nature Comm 2021; https://www.nature.com/articles/s41467-021-22663-6

#messpflaster #sensoren #blutdruckmessung #puls #datenaufzeichnung #smartphone #medizin #medimpressions

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Computerspiele für Forscher

Je größer und umfassender Netzwerke sind, desto schwieriger wird auch ihre Darstellung auf dem Bildschirm. Dies betrifft auch die Interaktion verschiedener Proteinkomplexe im menschlichen Körper. Der Netzwerkwissenschaftler Jörg Menche und seine Forschungsgruppe am CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin entwickelten nun eine Virtual Reality-Plattform, die es ermöglicht, riesige Datenmengen und deren komplexes Zusammenspiel auf eine einzigartige, intuitive Weise zu untersuchen. Dabei bedienten sie sich der Technologie, die normalerweise in der Entwicklung von 3-D-Computerspielen genutzt wird.

Der menschliche Körper stellt mit seinen rund 20.000 Proteinen, die im menschlichen Genom codiert sind und miteinander interagieren, ein riesiges komplexes Netzwerk dar. Stellt man die Protein-Interaktionen dar, entsteht ein kaum darstellbares Bild aus rund 18.000 Punkten – Proteinen – und rund 300.000 Strichen zwischen diesen Punkten.
Um dieses Bild „lesbar“ zu machen, schafften es die ForscherInnen erstmals, die Gesamtheit der Proteininteraktion sichtbar zu machen, um das riesige und komplexe Netzwerk interaktiv erkunden zu können.

Die 3-dimensionale Darstellung kann insbesondere bei der Identifikation seltener Gendefekte wichtig und entscheidend für therapeutische Maßnahmen sein. „Unsere Studie stellt einerseits einen wichtigen „Proof of concept“ unserer VR-Plattform dar, andererseits zeigt sie unmittelbar das enorme Potenzial der Visualisierung molekularer Netzwerke“, so Projektleiter Menche. „Gerade bei seltenen Erkrankungen, schweren Immunerkrankungen, können Proteinkomplexe, die mit spezifischen klinischen Symptomen assoziiert werden, genauer analysiert werden, um Hypothesen über ihre jeweiligen pathobiologischen Mechanismen zu entwickeln. Dies erleichtert die Annäherung an Erkrankungsursachen sowie infolge die Suche nach gezielten therapeutischen Maßnahmen.“

Referenz:
CeMM, St. Anna Kinderkrebsforschung Wien
VRNetzer: A Virtual Reality Network Analysis Platform, Nature Communications 2021; https://www.nature.com/articles/s41467-021-22570-w

#virtualreality #forschung #proteine #interaktionen #darstellung #3D #medizin #medimpressions

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Elektrospray gegen Tumore

Lungenkrebs zählt zu den häufigsten Krebsarten und lässt sich trotz der inzwischen vielen zur Verfügung stehenden Therapieformen nur schwer behandeln. Behandlungen erweisen sich als nicht ausreichend wirksam und sind zudem mit einigen Risiken verbunden.

Das Problem einer systemisch verabreichten Chemotherapie ist die beschränkte Wirksamkeit am Ziel und die sehr hohe Belastung der PatientInnen durch mögliche Nebenwirkungen. Ein Forschungsprojekt untersuchte nun eine relativ neue Verabreichungsform, um wirksame Medikamente direkt in den Tumor zu schleusen – ein Elektrospraygerät. Bei diesem Verfahren wird der Wirkstoff unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes in Richtung des Tumors beschleunigt und kann so besser eindringen.
Getestet wurde das in der Krebsbehandlung häufig verwendete Chemotherapeutikum Cisplatin. Dieses wurde direkt unter der Haut mittels Elektrospraygerät auf den Tumor aufgetragen. Im Mausmodell konnte damit nach nur zwei Behandlungen nach sieben Tagen eine Reduktion der Tumoren um 81.2% beobachtet werden. Die nicht behandelten Tumoren hatten sich dagegen in dieser Zeit um 200% vergrößert.

Der überragende Erfolg der Behandlung überraschte sogar die Forscher. Denn die Reduktion der Tumorgröße um über 80% in dieser Gruppe überstieg sogar die Reduktion von 15% in der Gruppe, die ebenfalls Cisplatin, jedoch ohne Elektrospray, erhielt, um ein Vielfaches. Der Einsatz des Elektrosprays führte offenbar zu einer erheblichen Steigerung der Aufnahme des Medikaments aus den Zwischenzellräumen, wie zumindest in vitro- Untersuchungen nahelegen. Aufgrund der vielversprechenden präklinischen Befunde sollen nun relativ rasch klinische Untersuchungen der neuen Methode folgen.

Referenz:
Universität Bern, Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW)
Electrospray Mediated Localized and Targeted Chemotherapy in a Mouse Model of Lung Cancer, Front. Pharmacol April 2021; https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2021.643492/full

#krebs #lunge #chemotherapie #elektrospray #cisplatin #tumorbehandlung #krebstherapie #medizin #medimpressions

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„Bakterienfressende“ Viren gegen multiresistente Keime

Bakteriophagen sind spezielle Viren, die ausschließlich Bakterien angreifen und deshalb eine Alternative zu Antibiotika darstellen können. Ein Team aus österreichischen, deutschen und schweizerischen Forschern konnte nun erstmals zeigen, dass gezielt herangezüchtete Phagen deutlich besser gegen multiresistente Keime wirken als bekannte Wildtypen (die ursprüngliche Form der Bakterien). 

Eine Therapie mit „bakterienfressenden“ Viren gilt schon seit einiger Zeit als aussichtsreiche Option zur Therapie von schwer zu behandelnden Infektionen mit multiresistenten Bakterien. Sie wirken viel gezielter auf die krankheitsverursachende Bakterienspezies und können typische Resistenzmechanismen von Bakterien umgehen. Die gezüchteten Phagen sind aber derart exakt an ihr Wirtsbakterium angepasst, dass selbst eng verwandte Stämme der gleichen Bakterienart nicht mehr von ihnen angegriffen werden und sie dadurch nur eine geringe Gesamtwirkung zeigen. Mischt man diese mit natürlich vorkommenden Phagen, wirkt die Mixtur zwar besser, aber im besten Fallt oft nur bei der Hälfte aller Zielbakterien.

Ein österreichisches Unternehmen kreuzte nun verschiedene Phagen und selektierte diejenigen, die ein möglichst breites Spektrum an Bakterienstämmen angreifen konnten. Eine Mischung der so gezüchteten Phagen wurde nun an 110 Staphylokokken-Stämmen getestet (43 Prozent von ihnen waren bereits multiresistente MRSA-Varianten).
Das Resultat nach der Behandlung mit den gezüchteten Phagen: Bei 101 der 110 Bakterienstämme wurde das Wachstum erfolgreich unterbunden. Damit könnte die neue Therapie bei manchen Krankheitsbildern als ernsthafte Alternative zur antibiotischen Behandlung von MRSA-Infektionen in Betracht gezogen werden, meinen die Forscher.

Referenz:
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Université de Lausanne, Universität Dresden
ε2-Phages Are Naturally Bred and Have a Vastly Improved Host Range in Staphylococcus aureus over Wild Type Phages. Pharmaceuticals 2021;  https://www.mdpi.com/1424-8247/14/4/325

#multiresistenz #mrsa #antibiotika #phagen #staphylokokken #bakterien #infektion #medizin #medimpressions

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