Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blockade für den Erreger-Stoffwechsel

09.04.2013
Suche nach neuen Antibiotika: Mini-Proteine verhindern die Ablesung von Bakterien-Genen

Auf der Suche nach neuen Antibiotika verfolgen Forscher einen ungewöhnlichen Ansatz: Sie entwickeln Peptide, also kurze Ketten von Eiweiß-Bausteinen, die gezielt ein zentrales Enzym des bakteriellen Stoffwechsels lahm legen.


Bakterien wie das hier in elektronenmikroskopischer Vergrößerung gezeigte Escherichia coli sind empfindlich gegen die von HIPS-Forschern entwickelten antibiotischen Peptide. © HZI / Rohde

Die Ergebnisse ihrer Arbeit und deren mögliche medizinische Anwendungen beschreiben Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS), der Saarbrücker Außenstelle des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI), jetzt in der Fachzeitschrift ACS Chemical Biology.

Der Weg vom Gen zum Protein hat eine wichtige Zwischenstation: Die Ribonukleinsäure oder RNA. Sie ist gewissermaßen eine „Negativ-Kopie“ der Erbsubstanz DNA und dient der Zelle als Vorlage für die Herstellung von Proteinen, den Grundbausteinen des Lebens. Erstellt wird diese „Matrize“ von dem Enzym RNA-Polymerase, das dazu die Information ablesen muss, die in der DNA gespeichert ist.

Bei Bakterien besteht die RNA-Polymerase aus mehreren Untereinheiten. Das Kern-Enzym muss sich mit einem Protein-Molekül namens „Sigma-Faktor“ verbinden, um mit der RNA-Produktion beginnen zu können. Der Sigma-Faktor findet den Startpunkt des abzulesenden Gens – hat er seine Aufgabe erfüllt, löst er sich wieder aus dem Enzymkomplex. Für den nächsten Einsatz müssen der Sigma-Faktor und das Kern-Enzym dann wieder aneinander binden. Gelingt dies nicht, wird keine RNA mehr gebildet und demnach auch keine Proteine mehr. Innerhalb kürzester Zeit kommen die Prozesse in der Zelle zum Erliegen – das Bakterium stirbt ab.
Genau deshalb bietet sich die Schnittstelle zwischen Sigma-Faktor und Kern-Enzym als Angriffspunkt für neue Therapien gegen bakterielle Infektionen an. Eine weitere Eigenheit macht dieses Ziel besonders attraktiv: „Der Sigma-Faktor findet sich nur in Bakterienzellen, in Säugerzellen kommt er nicht vor“, erklärt Kristina Hüsecken, Doktorandin am HIPS und Erstautorin der Publikation. „So können wir sehr spezifisch die Bakterien angreifen, ohne die körpereigenen Zellen zu schädigen.“ Dabei sind nur geringe Nebenwirkungen zu erwarten.

Die Saarbrücker Wirkstoffforscher haben eine Reihe von Peptiden, also kurzen Aminosäureketten, untersucht, die die Polymerase hemmen können. Ihre Struktur entspricht Bereichen aus der Binderegion der beiden Enzymteile: Passgenau docken die Peptide entweder an das Kern-Enzym oder an den Sigma-Faktor, und zwar genau da, wo der Gegenpart normalerweise binden würde. Dadurch können sich die beiden Bestandteile nicht zu einem funktionsfähigen Enzym vereinen, weil die Bindungsstelle bereits belegt ist. Von den 16 untersuchten Peptiden erwies sich eines als besonders wirksam. Das Peptid mit dem Kürzel P07 konnte in weiteren Tests unter Beweis stellen, dass es tatsächlich die Transkription von DNA zu RNA in den Bakterienzellen verhindert, indem es die Interaktion zwischen Sigma und Kernenzym unterbindet.

Mehrere bereits auf dem Markt verfügbare Antibiotika greifen ebenfalls die bakterielle RNA-Polymerase an, darunter das seit den späten 1960er Jahren eingesetzte Rifampicin. Doch diese klassischen Mittel stehen alle vor dem gleichen Problem – die Keime entwickeln Resistenzen und die Mittel verlieren ihre Wirkung. „Da es sich bei unserem Ansatz um ein neues Wirkprinzip handelt, wird es auch nicht zu der bei neuen Antibiotika gefürchteten Kreuzresistenz kommen.“ sagt Dr. Jörg Haupenthal, der Leiter der Studie. Diese kann bei neuen Stoffen auftreten, wenn ihre Wirkweise der eines Antibiotikums ähnelt, gegen das die Bakterien bereits resistent sind.

Ob aus P07 tatsächlich ein Medikament wird, wissen die Forscher um Haupenthal allerdings noch nicht. „Unsere Untersuchungen weisen zwar den Weg zu neuen, wirksamen Antibiotika“, sagt Haupenthal. „Aber um sie zu Medikamenten für den klinischen Einsatz zu entwickeln, sind noch zusätzliche Forschungsanstrengungen notwendig.“ So arbeiten die Forscher an einer Optimierung von P07 und suchen auch nach weiteren Molekülen, die an der gleichen Stelle an die Polymerase binden können.

Originalpublikation:
K. Hüsecken, M. Negri, M. Fruth, S. Boettcher, R.W. Hartmann, J. Haupenthal
Peptide-Based Investigation of Escherichia coli RNA Polmerase σ(70):Core Interface As Target Site
ACS Chemical Biology, 2013, DOI: 10.1021/cb3005758 http://dx.doi.org/10.1021/cb3005758

Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung:
Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchen Wissenschaftler die Mechanismen von Infektionen und ihrer Abwehr. Was Bakterien oder Viren zu Krankheitserregern macht: Das zu verstehen soll den Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe liefern.

http://www.helmholtz-hzi.de

Das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland
Das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) ist eine Außenstelle des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig und wurde gemeinsam mit der Universität des Saarlandes im Jahr 2009 gegründet. Wo kommen neue nachhaltige Wirkstoffe gegen weit verbreitete Infektionen her, wie kann man diese für die Anwendung am Menschen optimieren und wie werden sie am besten durch den Körper zum Wirkort transportiert? Auf diese Fragen suchen die Forscher am HIPS mit modernsten Methoden der pharmazeutischen Wissenschaften Antworten.

http://www.helmholtz-hzi.de/HIPS

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1021/cb3005758
- Link zur Originalpublikation
http://www.helmholtz-hzi.de/de/aktuelles/news/ansicht/article/complete/
blockade_fuer_den_erreger_stoffwechsel/
- Diese Pressemitteilung auf helmholtz-hzi.de

Dr. Jan Grabowski | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-hzi.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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

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
Event News

ASEAN Member States discuss the future role of renewable energy

17.10.2017 | Event News

World Health Summit 2017: International experts set the course for the future of Global Health

10.10.2017 | Event News

Climate Engineering Conference 2017 Opens in Berlin

10.10.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise