Lysozym ist ein natürlich vorkommendes Enzym, das eine entscheidende Rolle in den Abwehrmechanismen des Körpers gegen mikrobielle Infektionen spielt. Oft als eines der effizientesten antimikrobiellen Mittel der Natur beschrieben, kommt Lysozym in verschiedenen Körperflüssigkeiten wie Speichel, Tränen, Schleim und Muttermilch vor. Seine Funktion als erste Verteidigungslinie gegen bakterielle Krankheitserreger hat es sowohl in der Grundlagen- als auch in der angewandten Mikrobiologie sowie in pharmazeutischen und biotechnologischen Anwendungen zu einem interessanten Forschungsobjekt gemacht.

Creative Enzymes ist ein weltweit führender Anbieter von Enzymen, einschließlich hochwertiger Lysozyme. In diesem Artikel werden wir die wissenschaftlichen Eigenschaften von Lysozym, seine Wirkungsweise, seine Rolle für die menschliche Gesundheit und seine potenziellen therapeutischen Anwendungen untersuchen.

Abbildung 1. Lysozym C (Gallus gallus).

Die Biochemie des Lysozyms

Lysozym ist ein Enzym aus der Klasse der Hydrolasen, genauer gesagt der Glycosidhydrolasen, die die Hydrolyse von glykosidischen Bindungen katalysieren. Es handelt sich um ein relativ kleines Protein mit einer Größe von etwa 14,5 kDa und besteht aus einer einzelnen Polypeptidkette, die zu einer kompakten Struktur gefaltet ist. Es wurde erstmals 1922 von Alexander Fleming entdeckt, demselben Wissenschaftler, der auch für die Entdeckung des Penicillins bekannt ist. Allerdings wurde die antimikrobielle Wirkung von Lysozym bereits lange vor der weiten Verbreitung von Antibiotika festgestellt.

Das Enzym wirkt hauptsächlich, indem es die Zellwand bestimmter Bakterien abbaut. Die bakterielle Zellwand besteht aus Peptidoglykan, einem Polymer aus Zuckerketten, die durch kurze Peptide quervernetzt sind. Lysozym spaltet die β-1,4-glykosidischen Bindungen zwischen den Zuckerbausteinen des Peptidoglykans, wodurch die bakterielle Zellwand geschwächt wird und es zur osmotischen Lyse kommt – einem Prozess, bei dem die Bakterienzelle aufgrund eines osmotischen Ungleichgewichts platzt. Dies macht Lysozym besonders wirksam gegen grampositive Bakterien, die eine dicke Peptidoglykanschicht besitzen, obwohl es unter bestimmten Bedingungen auch auf einige gramnegative Bakterien wirken kann.

Abbildung 2. Übersicht der durch Lysozym katalysierten Reaktion.

Quellen von Lysozym

Lysozym ist in verschiedenen biologischen Flüssigkeiten vorhanden, was seine wesentliche Rolle in der Immunabwehr unterstreicht. Zu den wichtigsten Quellen gehören:

• Speichel: Lysozym ist reichlich im menschlichen Speichel vorhanden und trägt zur Mundhygiene bei, indem es Bakterien neutralisiert, die Karies, Zahnfleischerkrankungen und andere orale Infektionen verursachen können.
• Tränen: Das Enzym ist ein Hauptbestandteil der menschlichen Tränenflüssigkeit, schützt die Augen vor mikrobiellen Angriffen und trägt zur Erhaltung der Augengesundheit bei.
• Schleim: Lysozym ist im Schleim der Atemwege und des Magen-Darm-Trakts enthalten. Es hilft, eindringende Krankheitserreger abzufangen und zu neutralisieren, die über die Atemwege oder das Verdauungssystem in den Körper gelangen.
• Muttermilch: Muttermilch enthält Lysozym und bietet Säuglingen einen wichtigen Schutz vor Infektionen in den frühen Lebensphasen, wenn ihr Immunsystem noch in der Entwicklung ist.
• Blut und Urin: Obwohl in geringeren Konzentrationen, ist Lysozym auch im Blut und Urin vorhanden und trägt zusätzlich zur Abwehr von Krankheitserregern bei.

Neben seiner Präsenz im menschlichen Körper findet sich Lysozym auch in anderen Organismen, darunter Tiere, Pflanzen und einige Bakterien. Zum Beispiel ist Hühnereiweiß eine der reichsten natürlichen Quellen für Lysozym; das Enzym macht etwa 3,5 % des gesamten Proteingehalts aus. → Lysozym aus Hühnereiweiß

Abbildung 3. Humanes Lysozym und HEWL sind die bekanntesten und am besten charakterisierten c-Typ-Lysozyme. (Kristallstruktur von Hühnereiweiß-Lysozym: 5B1F; Kristallstruktur von humanem Lysozym: 7XF6.) (Bergamo und Sava, 2024)

Mechanismus der antimikrobiellen Wirkung

Der primäre antimikrobielle Mechanismus von Lysozym beruht auf seiner Fähigkeit, die β-1,4-glykosidische Bindung zwischen N-Acetylmuraminsäure (NAM) und N-Acetylglucosamin (NAG) zu hydrolysieren, die die Hauptbausteine der Peptidoglykanschicht in bakteriellen Zellwänden sind. Durch das Spalten dieser Bindung zerstört Lysozym die strukturelle Integrität der bakteriellen Zellwand und macht die Bakterien anfälliger für äußere Einflüsse, einschließlich osmotischer Druckveränderungen. Dies führt zum Platzen der Zelle und letztlich zum Tod, insbesondere bei grampositiven Bakterien, bei denen die Peptidoglykanschicht dick und für die Zellstabilität entscheidend ist.

Die Wirkung von Lysozym beschränkt sich jedoch nicht nur auf den Abbau der Zellwand. Es kann auch das bakterielle Verhalten beeinflussen, indem es:

• Den bakteriellen Stoffwechsel modifiziert: Lysozym kann bakterielle Stoffwechselwege verändern und so essenzielle zelluläre Prozesse stören.
• Eine Entzündungsreaktion auslöst: Wenn Lysozym in Körperflüssigkeiten wie Speichel oder Schleim wirkt, kann es auch andere Immunzellen an den Infektionsort rekrutieren und so die Abwehrmechanismen des Körpers verstärken.

Darüber hinaus deuten einige Studien darauf hin, dass Lysozym zusätzliche antimikrobielle Wirkmechanismen besitzen könnte, wie z. B. die Zerstörung bakterieller Biofilme. Biofilme sind Ansammlungen von Bakterien, die in eine schützende extrazelluläre Matrix eingebettet sind und dadurch gegen viele herkömmliche Antibiotika resistent werden. Die Fähigkeit von Lysozym, Bestandteile der Biofilm-Matrix abzubauen, verleiht ihm ein potenzielles Einsatzgebiet bei der Behandlung chronischer Infektionen, die mit Biofilmbildung einhergehen, wie sie beispielsweise bei Mukoviszidose, chronischen Wunden und implantatassoziierten Infektionen auftreten.

Abbildung 4. Lysozym wirkt antibakteriell über diese zwei Mechanismen. Das Peptidoglykan(PG)-Gerüst der bakteriellen Zellwand ist durch NAG und NAM über Peptidstämme verbunden und wird dann über einen Lipidträger an der Zellmembran (lila) verankert. Lysozym (goldgelb) hydrolysiert die Verbindung zwischen NAG und NAM an den PG-β-1,4-glykosidischen Bindungen, was zur Instabilität der bakteriellen Zellwand und zum Tod der Bakterien führt. Zweitens kann Lysozym (goldgelb) durch seinen eigenen kationischen Mechanismus Poren in der negativ geladenen Zellmembran bilden, um eine Sterilisation zu erreichen. (Jiang et al., 2021)

Rolle von Lysozym für die menschliche Gesundheit

Lysozym ist eine der ersten Verteidigungslinien gegen eindringende Krankheitserreger, und seine Präsenz in verschiedenen Körperflüssigkeiten unterstreicht seine Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Homöostase und die Verhinderung von Infektionen. Hier sind einige der wichtigsten Rollen, die Lysozym für die menschliche Gesundheit spielt:

• Schutz vor bakteriellen Infektionen: Die bekannteste Funktion von Lysozym ist seine antimikrobielle Aktivität. Durch das gezielte Zerstören bakterieller Zellwände dient es als erste Barriere gegen Infektionen und hilft, das Risiko eines mikrobiellen Eindringens zu verringern.
• Unterstützung des Immunsystems: Lysozym arbeitet im Zusammenspiel mit anderen Komponenten des Immunsystems wie Antikörpern, Phagozyten und Zytokinen. Es kann die Immunantwort verstärken, indem es Bakterien direkt abtötet oder mit anderen Immunmolekülen interagiert, um Entzündungen zu fördern und so die Eliminierung von Krankheitserregern zu unterstützen.
• Mundgesundheit: Im Mund ist Lysozym entscheidend für die Kontrolle des Wachstums schädlicher Bakterien, die Karies und Zahnfleischerkrankungen verursachen. Die Anwesenheit von Lysozym im Speichel hilft, das mikrobielle Gleichgewicht zu regulieren und das Überwuchern pathogener Arten zu verhindern.
• Schutz der Schleimhäute: Lysozym ist auch für den Schutz der Schleimhäute unerlässlich. Im Atmungssystem kann es beispielsweise eingeatmete Bakterien und Viren neutralisieren und so Infektionen der oberen Atemwege verhindern. Im Magen-Darm-Trakt hilft Lysozym, mit der Nahrung aufgenommene Krankheitserreger zu bekämpfen.
• Kindergesundheit: In der Muttermilch bietet Lysozym einen zusätzlichen Schutz für Säuglinge, deren Immunsystem noch nicht vollständig entwickelt ist. Stillen kann dank des Lysozymgehalts die Häufigkeit von Infektionen, insbesondere im Magen-Darm-Trakt, den Atemwegen und den Ohren, verringern.
• Modulation von Entzündungen: Lysozym kann lokale Entzündungsreaktionen beeinflussen, indem es die Aktivität von Immunzellen auslöst. Durch die Stimulation von Immunzellen wie Makrophagen hilft es, das Ausmaß und die Dauer von Entzündungen zu regulieren, was entscheidend ist, um Infektionen zu kontrollieren, ohne übermäßige Gewebeschäden zu verursachen.

Abbildung 5. Vielfältige Rollen von Lysozym. (Adaptiert nach Zhang et al., 2024)

Klinische und pharmazeutische Anwendungen von Lysozym

Aufgrund seiner starken antimikrobiellen Eigenschaften findet Lysozym vielfältige Anwendungen im klinischen und pharmazeutischen Bereich. Dazu gehören:

• Wundheilung: Lysozym wird in Wundpflegeprodukten eingesetzt, da es die bakterielle Belastung verringern und die Heilung fördern kann. Die topische Anwendung von Lysozym kann helfen, Wundinfektionen zu verhindern und durch die Kontrolle des mikrobiellen Wachstums eine schnellere Genesung zu ermöglichen.
• Antibiotika-Alternativen: Da die Antibiotikaresistenz weiterhin eine globale Gesundheitsbedrohung darstellt, rückt Lysozym als potenzielle Alternative oder Ergänzung zu herkömmlichen Antibiotika in den Fokus. Sein natürlicher Ursprung und die Fähigkeit, bakterielle Zellwände anzugreifen, machen es zu einem vielversprechenden Kandidaten für die Behandlung von Infektionen, die nicht auf Antibiotika ansprechen.
• Probiotische Formulierungen: Einige Forschungen haben den Einsatz von Lysozym in Kombination mit Probiotika untersucht, um deren Wirksamkeit bei der Vorbeugung von Infektionen, insbesondere im Magen-Darm-Trakt, zu erhöhen. Durch die synergistische Wirkung mit nützlichen Bakterien könnte Lysozym ein gesundes Mikrobiom unterstützen und das Überwuchern von Krankheitserregern verhindern.
• Lebensmittelkonservierung: Lysozym wird auch in der Lebensmittelindustrie als natürliches Konservierungsmittel eingesetzt. Seine antimikrobiellen Eigenschaften machen es wirksam bei der Hemmung des Wachstums von Bakterien, die Lebensmittel verderben. Es wird häufig in Milchprodukten wie Käse verwendet, um bakterielle Kontamination zu verhindern.
• Produkte für die Mundgesundheit: Aufgrund seiner Rolle bei der Aufrechterhaltung der Mundhygiene wird Lysozym häufig Zahnpasten, Mundspülungen und anderen Mundpflegeprodukten zugesetzt. Es hilft, schädliche Bakterien im Mund zu neutralisieren und so das Risiko von Zahnfleischerkrankungen, Karies und Mundgeruch zu verringern.

Empfohlene Produkte

Zusammenfassend ist Lysozym ein bemerkenswertes natürliches antimikrobielles Enzym, das eine unverzichtbare Rolle bei der Abwehr bakterieller Infektionen im Körper spielt. Seine Fähigkeit, bakterielle Zellwände gezielt abzubauen, sowie seine Präsenz in verschiedenen Körperflüssigkeiten unterstreichen seine Bedeutung für die Gesundheit. Von seiner natürlichen Präsenz in menschlichem Speichel und Tränen bis hin zu Anwendungen in der Lebensmittelkonservierung und Wundversorgung bietet Lysozym eine Vielzahl von Vorteilen.

Da die antimikrobielle Resistenz weiter zunimmt, bietet die Erforschung von Lysozym als potenzielle Alternative zu herkömmlichen Antibiotika großes Potenzial. Auch wenn noch Herausforderungen bestehen, ist die Zukunft lysozymbasierter Therapien vielversprechend und bietet eine natürliche, nachhaltige Lösung zur Bekämpfung bakterieller Infektionen.

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