Open Access

Elena Kekukh

• Die Lyme-Borreliose, eine durch Zecken übertragene Multisystem-Erkrankung, wird durch die Spirochäte B. burgdorferi s. l. hervorgerufen. Die in vitro-Empfindlichkeit von Borrelien gegenüber einer ganzen Reihe von Substanzen ist bislang nicht oder nur unzureichend bekannt. In der vorliegenden Arbeit wurde daher die in vitro-Empfindlichkeit von B. burgdorferi gegenüber einer Reihe von neu entwickelten Antibiotika im Vergleich zu bekannten Substanzen unter standardisierten Bedingungen untersucht. Im 1. Teil der Arbeit wurde ein neues kolorimetrisches Mikrodilutionstestverfahren in Kombination mit konventioneller Subkultivierung in Flüssigmedium zur Bestimmung der in vitro-Empfindlichkeit von 17 repräsentativ ausgewählten Borrelienstämmen gegenüber dem neu entwickelten Ketolid Cethromycin eingesetzt. Das Verfahren ist standardisiert, gut reproduzierbar und erlaubt es, mehrere Antibiotika bzw. Isolate gleichzeitig effizient zu testen. Die MHK90 für Cethromycin lag für die getesteten Isolate einheitlich bei  0,002 µg/ml. Die MBK90 lag bei 0,75 µg/ml. Im 2. Teil der Arbeit wurden auf der Basis von konventionellen Zellzählungen mittels Dunkelfeldmikroskopie zusätzlich Untersuchungen zur Aktivität von Cethromycin, Sitafloxacin und Gemifloxacin im Vergleich zu Ciprofloxacin und den bekanntermaßen gut gegen Borrelien wirksamen Substanzen Doxycyclin und Ceftriaxon für je ein repräsentatives Isolat der humanpathogenen Genospezies B. burgdorferi s. s., B. garinii und B. afzelii durchgeführt. Von den untersuchten neuen Substanzen zeigten Cethromycin (MHK [Mittelwert]: ≤ 0,002 µg/ml; MBK [Mittelwert]: 0,3 µg/ml) und Gemifloxacin (MHK [Mittelwert]: 0,06 µg/ml; MBK [Mittelwert]: 8 µg/ml) im Vergleich zu den in der Therapie der Lyme-Borreliose bewährten Substanzen Ceftriaxon (MHK [Mittelwert]: 0,016 µg/ml; MBK [Mittelwert]: 1,2 µg/ml) und Doxycyclin (MHK [Mittelwert]: 0,25 µg/ml; MBK: von 24 bis >32 µg/ml) die vielversprechendste Aktivität gegen B. burgdorferi. Diese Ergebnisse konnten in Hinblick auf die Aktivität der getesteten Antibiotika gegenüber Borrelien durch die zusätzlich über 120 h durchgeführten Time-Kill-Experimenten abgesichert werden. Im 3. Teil der Arbeit wurden dann unter Zuhilfenahme eines theoretischen Modells mittels Einbeziehung weiterer pharmakologischer und pharmakokinetischer Daten für alle getesteten Substanzen sogenannte Bakterizidie-Indizes (BIs) auf der Basis der erzielten in vitro-Resultate berechnet. BIs von > 2,8 stehen dabei für eine gute bis sehr gute antimikrobielle Aktivität. Für Cethromycin zeigte sich bei den untersuchten Isolaten ein rascher Anstieg der BIs schon nach einer sehr kurzen Inkubationszeit von 48 h. Dabei lagen die Werte für Cethromycin (BIs 5,0-7,59) nach 120 h sogar über denen von Doxycyclin (BIs 2,81-3,15). Ebenso lagen die errechneten BIs für Gemifloxacin nach 120 h (BIs 3,33-8,05) höher als für Doxycyclin. Ceftriaxon war allerdings die bei weitem am besten wirksame Substanz und zeigte auch die höchsten BIs von 14,96 bis 18,48. Unter Berücksichtigung aller verfügbaren Daten ergab sich aus der vorliegenden Arbeit zusammenfassend folgende Rangordnung für die in vitro-Aktivität der getesteten antibiotischen Substanzen: Ceftriaxon > Cethromycin > Gemifloxacin > Doxycyclin > Sitafloxacin > Ciprofloxacin. Für neu entwickelte Antibiotika stellen in vitro-Untersuchungen einen ersten Schritt für eine Charakterisierung ihrer antimikrobiellen Wirksamkeit gegen Infektionserreger dar. Die Einbeziehung weiterer pharmakologischer Daten in die Interpretation solcher experimentell gewonnenen Ergebnisse ist innovativ, vermittelt zusätzliche Informationen und erlaubt eine vergleichende modellhafte Abschätzung der Aktivität solcher Substanzen unter Berücksichtigung wichtiger pharmakokinetischer und pharmakodynamischer Parameter. Zusammenfassend legen die in der vorliegenden Arbeit herausgearbeiteten Ergebnisse eine vielversprechende Aktivität von zwei neuen Substanzen (Cethromycin und Gemifloxacin) gegen B. burgdorferi nahe und lassen daher eine weitergehende klinische Prüfung dieser Antibiotika für eine mögliche therapeutische Anwendung bei Lyme-Borreliose sinnvoll erscheinen.
• Lyme Borreliosis is a multi-system disease caused by bacteria from the genus Borrelia, the vector of infection is typically the bite of an infected black-legged or deer tick. The in vitro sensitivity of Borrelia bacteria to a wide range of substances is either not known or insufficiently investigated. In this work therefore the in vitro sensitivity of B. burgdorferi sensu lato to a range of newly developed antibiotics compared with a range of well-known substances under standardized conditions is examined. In the first part of this work a new colorimetric microdilution test procedure was used with conventional sub cultivation into liquid medium for the determination in vitro sensitivity of 17 representative Borrelia strains against the newly developed ketolid Cethromycin. The procedure is standardized, easily reproducible and permits the efficient testing of several antibiotics and/or Isolates at the same time. The MHK90 for Cethromycin for the tested Isolate was found to  0.002 µg/ml. The MBK90 was about 0.75 µg/ml. In the second part of the work on the basis of conventional cell counting by means of dark field microscopy additional investigations were carried out on the activity of Cethromycin, Sitafloxacin and Gemifloxacin compared with Ciprofloxacin and well-known substances Doxycyclin and Ceftriaxon, effective against Borrelia, for representative Isolate each of the humanpathogenic genospecies B. burgdorferi s.s., B. garinii and B. afzelii. Of the examined new substances Cethromycin (MHK [average value] showed:  0.002 µg/ml; MBK [average value]: 0.3 µg/ml) and Gemifloxacin (MHK [average value]: 0.06 µg/ml; MBK [average value]: 8 µg/ml) compared with the substances , worked satisfactorily in the therapy of the Lyme Borreliose, Ceftriaxon (MHK [average value]: 0.016 µg/ml; MBK [average value]: 1.2 µg/ml) and Doxycyclin (MHK [average value ]: 0.5 µg/ml; MBK: from 24 to > 32 µg/ml) showed the most promising activity against B. burgdorferi. These results could be confirmed in respect of the activity of the tested antibiotics against Borrelia by additional time kill experiments carried out over 120 h. In the third part of the work with help of a theoretical model by means of inclusion of further pharmacological and pharmacokinetic data for all tested substances so-called bactericidal indices (BIs) on the basis of the obtained were then computed into vitro results. BIs of >2.8 represent a good to very good antimicrobial activity. With Cethromycin a rapid rise of the BIs with the isolates examined was observed after a very short incubation period of 48 h. The values for Cethromycin (BIs 5.0-7.59) after 120 h were above those from Doxycyclin with the examined Isolates (BIs 2.81-3.15). Likewise the calculated lay to for Gemifloxacin after 120 h (BIs 3.33-8.05) higher than for Doxycyclin. Ceftriaxon was however by far the best effective substance and showed also the highest BIs from 14.96 to 18.48. With consideration of all available data resulting from this work the following ranking for in vitro activity of the tested antibiotic substances: Ceftriaxon > Cethromycin > Gemifloxacin > Doxycyclin > Sitafloxacin > Ciprofloxacin is observed. For newly developed antibiotics represent in vitro investigations a first step for a characterisation of their antimicrobial effectiveness against infection exciters. The inclusion of additional pharmacological data in the interpretation of such experimentally won results is innovative, adds additional information and permits a comparative estimation of the activity of such substances with consideration of important pharmacokinetic and pharmacodynamic parameters. In summary the results presented in this work suggest a promising activity of two new substances (Cethromycin and Gemifloxacin) against B. burgdorferi and thus a large scale clinical examination of these antibiotics for a possible therapeutic application with Lyme Borreliosis to appears to be worthwhile.