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 Medikamente aus der CLOUD: Neuer Standard für die Suche nach Wirkstoffkombinationen
23.05.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

nachricht Mikro-Lieferservice für Dünger
23.05.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium 2017: Internet of Production für agile Unternehmen

23.05.2017 | Veranstaltungen

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Medikamente aus der CLOUD: Neuer Standard für die Suche nach Wirkstoffkombinationen

23.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungsnachrichten

CAST-Projekt setzt Dunkler Materie neue Grenzen

23.05.2017 | Physik Astronomie