Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Struktur eines Ribosom-Antibiotikum-Komplexes aufgeklärt

25.09.2006
Wissenschaftlerteam aus Berlin und Japan beschreibt Wirkmechanismus des Antibiotikums Kasugamycin durch Blockade der kleinen ribosomalen Untereinheit

Einem Team von Wissenschaftlern des Berliner Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik und des RIKEN Instituts in Japan ist es gelungen, die Struktur der kleinen ribosomalen Untereinheit des Bakteriums Thermus thermophilus mit dem daran gebundenen Antibiotikum Kasugamycin aufzuklären.


A: Überblick über die Bindung des Kasugamycins (Ksg, rot) an die kleine 30S-Untereinheit des Ribosoms (grau) von T. thermophilus. Die mRNA ist grün dargestellt, die Initiator-tRNA orange. B: Detaildarstellung der Überlappung des Kasugamycins mit der mRNA an der Bindungsstelle des Ribosoms. Die nicht korrekt ans Ribosom gebundene mRNA kann nicht mehr mit der tRNA wechselwirken. Dadurch wird auch die Bindung der tRNA an die 30S-Untereinheit des Ribosoms verhindert. Abbildung: MPI für molekulare Genetik

In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Structural and Molecular Biology beschreiben die Forscher, wie jeweils zwei Kasugamycin-Moleküle die mRNA-Bindungsstelle des Ribosoms blockieren und dadurch die Initiation der Proteinbiosynthese verhindern. Die Erkenntnisse der Wissenschaftler geben Aufschluß über grundlegende Wirkmechanismen von Medikamenten. Darüber hinaus hoffen die Forscher, dass ihre Arbeit große Auswirkung auf die Entwicklung wirkungsvollerer Antibiotika für Medizin und Landwirtschaft hat [Nat Struct Mol Biol. 2006 Sep 24].

Ribosomen sind in allen Zellen für die Bildung der Proteine verantwortlich. Sie setzen sich aus zwei Untereinheiten zusammen, einer kleinen Untereinheit (30S), die für die mRNA-Erkennung und damit für die Übersetzung des genetischen Codes verantwortlich ist, und einer großen Untereinheit (50S), welche die Aminosäuren zu einer Kette verknüpft. Die Bildung von Proteinen ist von vitaler Bedeutung für das Überleben aller Organismen, es bestehen jedoch eine Reihe von Unterschieden zwischen den Ribosomen von Bakterien, Pilzen, Pflanzen und Tieren. Eine genaue Kenntnis des Ablaufs der Proteinsynthese sowie der Struktur der jeweils beteiligten Elemente ist daher unerläßlich für die Entwicklung wirksamer Antibiotika, die beispielsweise nur auf bestimmte Zellarten wie Bakterien oder Pilze einwirken können, ohne die befallenen Wirte (Pflanzen oder Tiere) zu schädigen.

Wissenschaftlern des Berliner Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik ist es jetzt in Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe des RIKEN Instituts in Japan gelungen, die Struktur der kleinen 30S-Untereinheit des Ribosoms des Bakteriums T. thermophilus aufzuklären, an welche das Antibiotikum Kasugamycin gebunden ist (Abbildung A). Die Forscher unter der Leitung von Dr. Paola Fucini fanden heraus, dass jeweils zwei Kasugamycin-Moleküle an eine funktionell wichtige Region der 30S-Untereinheit binden. Die Moleküle blockieren dadurch die Bindungsstelle für die mRNA, so dass diese nicht mehr richtig an das Ribosom gebunden werden kann (Abbildung B). In der Folge wird auch die Wechselwirkung des Moleküls mit der mRNA gestört, welches die Aminosäuren für die Zusammensetzung der Proteine an das Ribosom herantransportiert ("Initiator-tRNA). Auch die Initiator-tRNA kann somit nicht mehr an das Ribosom binden, die Synthese von Proteinen wird dadurch vollständig verhindert.

Die Erkenntnisse der Wissenschaftler sind von großer Bedeutung insbesondere für die Landwirtschaft. Kasugamycin kann die äußere Zellmembran von Bakterien und Pilzen durchdringen, in die Zellen von Pflanzen und Tieren gelangt es jedoch nicht. Es wird daher seit Jahren zur Bekämpfung der sogenannten Blattbräune (Rice Blast Disease) eingesetzt, einer Pilzerkrankung von Reispflanzen, die jedes Jahr zu erheblichen Verlusten in der Landwirtschaft vor allem im asiatischen Raum führt. Die jetzt veröffentlichte Struktur verdeutlicht die genaue Interaktion des Kasugamycins mit der 30S-Untereinheit und erklärt, warum bereits kleine Veränderungen (Mutationen) an der 30S-Untereinheit des Ribosoms eine Resistenz gegenüber dem Antibiotikum bewirken können. Dies eröffnet den Weg für die Entwicklung wirkungsvollerer Antibiotika, mit denen ein Teil der steigenden mikrobiellen Resistenzen überwunden werden könnte.

Originalveröffentlichung:
Schluenzen F, Takemoto C, Wilson DN, Kaminishi T, Harms JM, Hanawa-Suetsugu K, Szaflarski W, Kawazoe M, Nierhaus KH, Yokoyama S & Fucini P. The antibiotic kasugamycin mimics mRNA nucleotides to destabilize tRNA binding and inhibit canonical translation initiation. Nature Structural and Molecular Biology Sept 24, 2006 (advanced online release)

Weitere Informationen:

Dr. Paola Fucini (nur in englischer Sprache)
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik
AG Ribosomen
Ihnestrasse 73-75
D-14195 Berlin
Tel.: 030 / 8413-1691
Fax: 030 / 8413-1594
Email: fucini@molgen.mpg.de
Dr. Patricia Béziat
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik
Ihnestrasse 73-75
D-14195 Berlin
Tel.: 030 / 8413-1716
Fax: 030 / 8413-1671
Email: beziat@molgen.mpg.de
Beteiligte Arbeitsgruppen:
* Dr Paola Fucini, Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, AG Kristallographie von Ribosomen, Berlin

* Prof. Dr. Knud H. Nierhaus, Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, AG Funktion von Ribosomen, Berlin

* Prof. Shigeyuki Yokoyama, RIKEN Genomic Sciences Center, Yokohama, Japan

Dr. Patricia Beziat | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.molgen.mpg.de

Weitere Berichte zu: 30S-Untereinheit Antibiotikum Bakterium Kasugamycin Protein Ribosom

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Usutu-Virus verringert Amselpopulation im Ausbruchsgebiet
22.11.2017 | Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin

nachricht 26 neue Zwergfrösche aus Madagaskar
22.11.2017 | Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns

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: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Blasen im Pulsarwind schlagen Funken

22.11.2017 | Physik Astronomie

Sonne ernten auf zwei Etagen – Agrophotovoltaik steigert die Landnutzungseffizienz um über 60 %

22.11.2017 | Energie und Elektrotechnik

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten