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 Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Fettleibigkeit Brustkrebs aggressiver macht
20.10.2017 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher untersuchen Pflanzenkohle als Basis für umweltfreundlichen Langzeitdünger

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

„Antilopen-Parfüm“ hält Fliegen von Kühen fern

20.10.2017 | Agrar- Forstwissenschaften

Aus der Moosfabrik

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie