Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Antibiotikaresistenz: Die Abwehrstrategie der Bakterien

10.10.2014

Elektronenmikroskopische Bilder zeigen in bisher unerreichter Auflösung, welche strukturellen Veränderungen im bakteriellen Ribosom bei der Resistenzbildung gegen das Antibiotikum Erythromycin auftreten.

Multiresistente Krankheitserreger, die auf kein Antibiotikum mehr ansprechen, gehören zu den größten Herausforderungen in der Medizin. Wie sich Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln, ist ein Forschungsschwerpunkt des LMU-Biochemikers Daniel Wilson.


Graphical Abstract

ErmCL-stalled ribosome

Mithilfe kryo-elektronenmikroskopischer Bilder in bisher unerreichter Auflösung konnte Wilson mit seinem Team nun neue Einblicke in die Resistenzbildung gegen das Antibiotikum Erythromycin gewinnen, wie die Wissenschaftler im Fachjournal Molecular Cell berichten.

“Ein besseres Verständnis dieser Mechanismen ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg, neue, wirksame Antibiotika zu entwickeln”, sagt Wilson.

Erythromycin entfaltet seine Wirkung, indem es an den bakteriellen Proteinfabriken – den Ribosomen – andockt und die Herstellung neuer Proteine verhindert. Aber Bakterien können sich mithilfe sogenannter Resistenzgene wehren, die sie entweder von Natur aus besitzen oder durch Mutationen oder den Austausch mit anderen Bakterien erwerben können.

„Die für die Resistenzbildung notwendigen Gene werden aber nur aktiviert, wenn sie auch benötigt werden. Dabei spielen Signalpeptide eine wichtige Rolle“, sagt Wilson. Verrät ein Signalpeptid die Anwesenheit von Erythromycin, hält das Ribosom die weitere Proteinherstellung zunächst an. Dieser Stopp ermöglicht eine Strukturänderung in der Boten-mRNA, die die ansonsten unzugänglichen Resistenzgene für die Zellmaschinerie erreichbar und aktivierbar machen.

Strukturänderungen ebnen Resistenzgenen den Weg

„Wie die Signalpeptide auf struktureller Basis mit dem Antibiotikum interagieren und das Ribosom kurzfristig stoppen, war bisher weitgehend unbekannt“, sagt Wilson. Für das Signalpeptid ErmBL konnten die Wissenschaftler vor Kurzem zeigen, dass ErmBL nicht direkt mit Erythromycin interagiert, aber in dessen Anwesenheit eine spezielle Struktur annimmt, die das aktive Zentrums des Ribosoms hemmt.

„Da es neben ErmBL weitere Signalpeptide gibt, hat uns nun interessiert, ab sie alle diesen Mechanismus nutzen, oder ob es Unterschiede gibt“, erklärt Wilson. Für ihre neue Studie kam den Wissenschaftlern ein großer technischer Fortschritt zugute: „Mithilfe eines neuen Detektors haben wir die Auflösung unserer elektronenmikroskopischen Bilder von 4.5 Å auf 3.5 Å verbessert. Dadurch werden bisher unzugängliche Details sichtbar“, sagt Wilson.

Dabei zeigte sich, dass das Signalpeptid ErmCL einen komplett anderen Mechanismus als ErmBL nutzt. Im Gegensatz zu ErmBL interagiert es direkt mit dem Antibiotikum. In der Folge kommt es zu Strukturänderungen direkt im aktiven Zentrum des Ribosoms, die das aktive Zentrum deformieren und dafür sorgen, dass es kein Substrat mehr binden kann.

„Ein besseres Verständnis dieser Mechanismen kann zukünftig bei der Entwicklung neuer wirksamer Antibiotika helfen“, ist Wilson überzeugt. Als einen ersten Schritt auf diesem Weg wollen die Wissenschaftler die Auflösung der kryo-elektronenmikroskopischen Aufnahmen weiter steigern und auch andere durch Wirkstoffe gestoppte Ribosomen untersuchen.

Molecular Cell 2014
göd

Publikation
Drug-Sensing by the Ribosome Induces Translational Arrest via Active Site Perturbation
Stefan Arenz et. al.
Molecular Cell 2014
Doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2014.09.014
http://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765%2814%2900746-1

Kontakt:
Dr. Daniel Wilson
http://www.wilson.genzentrum.lmu.de/

Luise Dirscherl | Ludwig-Maximilians-Universität München

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden neue Ansätze gegen Wirkstoffresistenzen in der Tumortherapie
15.12.2017 | Universität Leipzig

nachricht Moos verdoppelte mehrmals sein Genom
15.12.2017 | Philipps-Universität Marburg

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: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

Engineers program tiny robots to move, think like insects

15.12.2017 | Power and Electrical Engineering

One in 5 materials chemistry papers may be wrong, study suggests

15.12.2017 | Materials Sciences

New antbird species discovered in Peru by LSU ornithologists

15.12.2017 | Life Sciences