Bakteriophagen könnten die durch Fracking verursachten Schäden verringern, ein notorisch umstrittenes Verfahren

Biotechnologie zur Begrenzung der fossilen Kraftstoffverschmutzung

Der Aufstieg der Schieferöl- und Gasproduktion in den USA war ein bedeutender Wandel in der globalen Energielandschaft. Er hat den Rückgang der US-Produktion eigenständig umgekehrt, da die Produktion aus konventionellen Öl- und Gasfeldern bereits in den 1970er‑Jahren zu sinken begann.

Quelle: EIA

Die Schieferölproduktion geht zudem mit einem enormen Wasserverbrauch einher, wobei 1,3 Milliarden Barrel Wasser für die Stimulation von Produktionsbohrungen verwendet werden, sowie ein jährliches Volumen an produziertem Wasser (PW) von 1,6 Milliarden Barrel.

Dieses produzierte Wasser (PW) ist das wichtigste Umweltabfallprodukt der Schieferindustrie (abgesehen von Kohlenstoff- und Methanemissionen). Es enthält Ionen (Salze) sowie flüchtige organische Verbindungen (VOCs), Kohlenwasserstoffe und andere organische Verbindungen, wodurch ein sehr komplexes chemisches Gemisch entsteht. Dieses Gemisch ist zudem ein perfekter Nährboden für Bakterien.

Derzeit wird PW häufig aufbereitet und in Ölbohrungen wieder eingepresst, um den Druck im Schieferölvorkommen zu erhalten. Das Problem ist, dass die Bakterienvermehrung zahlreiche Schwierigkeiten verursachen kann, von Rohrkorrosion durch Pseudomonas aeruginosa die Eisen oxidiert, bis hin zu Bacillus megaterium das Kohlenwasserstoffe zersetzt, was dem eigentlichen Ziel der Schieferölgewinnung entgegensteht.

Zur Lösung wird PW mit verschiedenen Methoden desinfiziert, darunter Oxidationsmittel (Ozon, Permanganat und Wasserstoffperoxid) oder Glutaraldehyd, Hypochlorit, Peressigsäure und andere Biozide; all diese Verbindungen sind energieintensiv in der Herstellung und können selbst umweltschädlich sein.

Schlimmer noch, die Bakterien entwickeln sich schnell weiter, um sich anzupassen, sodass immer höhere Konzentrationen nötig sind, um die Wirksamkeit aufrechtzuerhalten. Dies ähnelt dem Auftreten von Antibiotikaresistenzen in Krankenhäusern.

Eine neue Art von Bakterienkiller, eine Klasse von Viren namens Bakteriophagen, könnte zur Lösung des Problems eingesetzt werden.

(Wir haben Bakteriophagen im Kontext von Antibiotikaresistenz und Therapie in “Creating Living Antibiotics: BiomX vs Armata” diskutiert)

Bakteriophagen gegen Bakterien

Bakteriophagen sind Viren, die sich auf die Infektion von Bakterien spezialisiert haben und für andere Lebensformen harmlos sind. Sie vermehren sich, indem sie ihr genetisches Material in die Bakterien injizieren und diese zwingen, weitere Bakteriophagen zu produzieren.

Sie funktionieren nach dem Prinzip von „Schloss und Schlüssel“, wobei hauptsächlich die Interaktion des Phagen mit Rezeptoren auf der Oberfläche der Bakterienzelle entscheidend ist. Das bedeutet, dass die meisten Bakteriophagen ultra‑spezialisiert sind und häufig nur eine Bakterienart anvisieren.

Da Bakteriophagen selbst „lebendig“ sind, können sie mit den Bakterien ko‑evolvieren und sich an die meisten Resistenzen anpassen, die beim Einsatz von Chemikalien oder Antibiotika auftreten würden.

Quelle: Britannica

Bakteriophagen sind zudem dafür bekannt, auch in feindlichen Umgebungen zu funktionieren, wie salzhaltigem Wasser, hohen Temperaturen oder extremen pH‑Werten. Daher könnten sie eine ideale Option zur Abtötung von Bakterien im durch Schiefer erzeugten Wasser sein.

Bakteriophagen zur Reinigung von Abwasser

Forscher der University of Texas und der Universidad Nacional Pedro Henríquez Ureña in der Dominikanischen Republik haben das Potenzial von Bakteriophagen gegen Pseudomonas aeruginosa und Bacillus megaterium untersucht. Die beiden Bakterien wurden wegen ihres Beitrags zu Problemen bei der Aufbereitung von Schieferwasser sowie wegen der kommerziellen Verfügbarkeit von Bakteriophagen, die sie anvisieren, ausgewählt.

Die Forscher zeigten, dass in Gegenwart von Phagen, P. aeruginosa im Abwasser nicht proliferieren konnte. Für B. megaterium, eine Mischung aus zwei Phagenarten namens Slash und Palmer hat sich als wirksamer erwiesen als eine Einzelphagen‑Behandlung, um die Bakterien zu eliminieren.

Zukünftige Fortschritte mit Bakteriophagen

Damit diese Lösung breiter übernommen wird, sind die Massenproduktion der Phagen und ein Protokoll zu ihrer Integration in die Aufbereitung von Schieferabwasser erforderlich.

Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass jeder Bakteriophage sehr spezifisch für eine Bakterienart ist, sodass das Anvisieren anderer Bakterien eine größere Phagenbank und mehr kommerziell verfügbare Phagen erfordert als derzeit vorhanden.

In jedem Fall beweist dies das Potenzial einer biologischen Option bei der Aufbereitung von Schieferproduktionswasser und reduziert den Bedarf an umweltschädlichen und energieintensiven chemischen Behandlungen erheblich.

Bakteriophagen-Unternehmen

Viele Unternehmen arbeiten an Bakteriophagen‑Technologie, aber nur wenige sind börsennotiert. Die meisten konzentrieren sich auf therapeutische Anwendungen, da diese einen deutlich profitableren Markt darstellen, obwohl sie auch strengeren Vorschriften unterliegen.

Quelle: Pharmaceutical Technology

1. BiomX

BiomX ist ein Bakteriophagen‑Unternehmen, das sich auf die Behandlung von antibiotikaresistenten Infektionen im Zusammenhang mit Mukoviszidose und Staphylococcus‑aureus‑Infektionen bei diabetischer Fußosteomyelitis (DFO) konzentriert.

In den USA und Westeuropa gibt es 17.000 Mukoviszidose‑Patienten mit chronischen PsA‑Infektionen, was ein potenzielles Marktpotenzial von 1,6 Milliarden $ weltweit schafft.

DFO ist die Ursache für die Mehrheit der jährlich in den USA durchgeführten 160 000 Unterarm‑ bzw. Unterschenkelamputationen bei Diabetikern und bietet ein potenzielles Marktpotenzial von 2 Milliarden $ weltweit.

Quelle: Biomx

Im März 2024 fusionierte es mit seinem Konkurrenten Adaptive Phage Therapeutics und erhielt dadurch 2 Produkte in Phase‑II‑Klinikstudien, deren Ergebnisse für 2025 erwartet werden.

Quelle: Biomx

Erste klinische Ergebnisse waren vielversprechend, darunter das Eindringen in Biofilme (das Hauptproblem bei Fehlschlägen der DFO‑Behandlung) und ein gutes Sicherheitsprofil, sowie keine Entwicklung von Resistenzen durch die Bakterien.

BiomX prüft zudem die Behandlung von Hautinfektionen (atopische Dermatitis), wobei die Forschung sich noch im präklinischen Stadium befindet.

2. PHAXIAM Therapeutics (PHXM.PA)

Das in Frankreich ansässige Phaxiam ist das Ergebnis der Fusion im Juni 2023 der phagen‑fokussierten Unternehmen Pherecydes Pharma und Erytech Pharma.

Die Pipeline des Unternehmens konzentriert sich auf Bakterien, die ebenfalls von BiomX anvisiert werden, nämlich Staphylococcus aureus und Pseudomonas aeruginosa, sowie Escherichia coli.

Die meisten Phase‑2‑Klinikstudien sollen voraussichtlich 2025 gestartet werden.

Quelle: Phaxiam

Die F&E‑Pipeline des Unternehmens wirkt vielversprechend, doch der Kursrückgang der Aktie in den letzten Jahren zeigt die Bedenken der Investoren hinsichtlich seiner finanziellen Stabilität. Im April 2024 kündigte es an, dass die Liquiditätsreserve nur bis September 2024 reicht, und es „prüft Optionen, um die Liquiditätsreserve weiter zu verlängern“.