Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Antibiotika-Alternative: Mit Viren gegen Bakterien

25.07.2014

Röntgenuntersuchung zeigt, wie Bakteriophagen die bakterielle Zellwand angreifen

Eine Untersuchung an DESYs Röntgenring PETRA III zeigt, wie spezielle Viren den lebensbedrohlichen Durchfallkeim Clostridium difficile abtöten.


Ein Clostridium-difficile-Bakterium unter dem Elektronenmikroskop.

Bild: Jennifer Hulsey/CDC


Die untersuchten Bakteriophagen unter dem Elektronenmikroskop.

Bild: Kathryn Cross/IFR

Die Studie von Forschern der Hamburger Niederlassung des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie, EMBL, enthüllt, wie bestimmte Enzyme dieser Viren ausgeschüttet werden, um die Zellwand der Bakterien aufzulösen. Die Arbeit eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Therapien mit sogenannten Bakteriophagen, also auf Bakterien spezialisierten Viren, wie das Team um EMBL-Gruppenleiter Rob Meijers im Fachjournal „PLoS Pathogens" schreibt.

„Angesichts wachsender Antibiotikaresistenzen können Bakteriophagen und ihre Enzyme eine vielversprechende Alternative bieten", erläutert Meijers. „Unsere Ergebnisse können uns helfen, wirkungsvolle, spezialisierte Bakteriophagen zu entwickeln, nicht nur für Infektionen mit Clostridium difficile, sondern für ein breites Spektrum von Bakterien, die für Gesundheit, Landwirtschaft und Lebensmittelindustrie von Bedeutung sind."

Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien infizieren und zerstören, ohne andere Organismen anzugreifen. Sie wurden bereits vor mehr als einem Jahrhundert als Behandlungsmöglichkeit für bakterielle Infektionen entdeckt. Mit Einführung der Antibiotika schwand jedoch das Interesse an den medizinisch schwieriger anzuwendenden Bakteriophagen. Durch die zunehmenden Antibiotikaresistenzen erlebt die Forschung an Bakteriophagen derzeit jedoch einen Aufschwung.

Das Bakterium Clostridium difficile wird wegen zunehmender Resistenzen in vielen Kliniken und anderen Gesundheitseinrichtungen zu einem ernsthaften Problem. Es kann lebensgefährliche Durchfälle auslösen, insbesondere bei Patienten, die aus anderen Gründen eine Breitspektrum-Antibiotikatherapie erhalten. Clostridium difficile gehört zur normalen menschlichen Darmflora und ist für gesunde Menschen unproblematisch.

Bei einer Behandlung mit Antibiotika wird jedoch ein Großteil der normalen Darmflora abgetötet, so dass sich die widerstandfähigeren Clostridium-difficile-Keime unter Umständen unkontrolliert vermehren können, was zu Komplikationen wie schweren Fällen von Durchfall führen kann. Die gemeldete Zahl solcher schweren Verläufe hat sich nach Daten des Berliner Robert Koch-Instituts von 2008 bis 2013 in Deutschland verdreifacht.

Diese Fälle sind oft schwer zu behandeln, weil die Durchfallkeime auf viele Antibiotika nicht mehr ansprechen. Eine mögliche Behandlungsalternative wären Bakteriophagen. Diese Viren dringen in Bakterienzellen ein und vermehren sich, bis die Zelle aufbricht und frische Bakteriophagen ausschüttet.

Im Gegensatz zu Antibiotika sind Bakteriophagen hochspezialisiert auf das Ziel, das sie angreifen. Allerdings sind sie schwer zu kontrollieren, und auch gegen Bakteriophagen können Bakterien rasch Resistenzen entwickeln. Für die Entwicklung einer wirksamen Therapie mit Bakteriophagen müssen Forscher daher den Lebenszyklus dieser Viren noch genauer verstehen - insbesondere, wie die Viren die Zellwand der Bakterien zerstören. Zwar ist bekannt, dass die Bakteriophagen dazu Enzyme namens Endolysine produzieren. Wie diese Enzyme jedoch aktiviert werden, ist ein fehlender wichtiger Stein des Puzzles.

Mit dem intensiven Röntgenlicht von DESYs Forschungslichtquelle PETRA III haben die Wissenschaftler nun einen Aktivierungsmechanismus von Endolysinen entdeckt, die Bakterien der Gattung Clostridium angreifen. „Diese Enzyme scheinen von einer gestreckten, unter Spannung stehenden Form, bei der je ein Paar von Endolysinen verknüpft ist, zu einem gelösten Zustand umzuschalten, in dem beide Endolysine Seite an Seite liegen", erläutert EMBL-Forscher Matthew Dunne.

„Das Umschalten von einem Zustand zum anderen setzt das Enzym frei, das dann beginnt, die bakterielle Zellwand abzubauen." Sobald die Zellwand anfängt zusammenzubrechen, kann die Bakterienzelle dem inneren Druck nicht mehr standhalten, explodiert und setzt die neuen Bakteriophagen frei, die wiederum weitere Bakterienzellen infizieren.

Gemeinsam mit Melinda Mayer und Arjan Narbad vom britischen Institut für Lebensmittelforschung in Norwich haben die Wissenschaftler zwei unterschiedliche Endolysine verglichen: Eines von Bakteriophagen, die Clostridium difficile angreifen, und ein anderes, das die Zellwand von Clostridia-Keimen verdaut, die Probleme in der Käseproduktion verursachen. Mit Röntgenkristallographie und weiteren Techniken der Strukturbiologie konnten die Forscher an der EMBL-Messstation auf dem Hamburger DESY-Campus die dreidimensionale Struktur der Enzyme bestimmen und so auf ihre Funktionsweise schließen.

„Bemerkenswerterweise konnten wir beobachten, dass beide Endolysine einen gemeinsamen Aktivierungsmechanismus besitzen", berichtet Dunne. Daraus folgern die Forscher, dass der Übergang vom gespannten zum gelösten Zustand wahrscheinlich eine häufige Taktik ist. Diese Erkenntnis könnte möglicherweise dazu dienen, weitere Viren zu Verbündeten im Kampf gegen andere antibiotikaresistente Bakterien zu machen.

Originalveröffentlichung
„The CD27L and CTP1L endolysins targeting Clostridia contain a built-in trigger and release factor”, Matthew Dunne, Haydyn D. T. Mertens, Vasiliki Garefalaki, Cy M. Jeffries, Andrew Thompson, Edward A. Lemke, Dmitri I. Svergun, Melinda J. Mayer, Arjan Narbad and Rob Meijers
„PLoS Pathogens", 2014
DOI: 10.1371/journal.ppat.1004228

Weitere Informationen:

http://www.desy.de/e428/e548/e4802/e167391/e177796/ - Meldung mit Bildern

Dr. Thomas Zoufal | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie