Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forschende kontrollieren Anhaftung von E. coli-Bakterien

02.12.2014

Ein Forschungsteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und der Goethe-Universität Frankfurt hat gemeinsam eine künstliche Oberfläche geschaffen, auf der die Anhaftung von E. coli-Bakterien gesteuert werden kann.

Die nur etwa vier Nanometer dünne Schicht imitiert den Zuckermantel (Glycokalyx) von Zellen, an den Bakterien beispielsweise bei einer Infektion binden. Dieses Andocken lässt sich nun durch Licht ein- und ausschalten. Damit sind die Wissenschaftler nahe daran zu verstehen, wie Zucker (Kohlenhydrate) und bakterielle Infektionen zusammenhängen. Ihre Forschungsergebnisse zieren den Titel der neuen Ausgabe des renommierten Fachmagazins „Angewandte Chemie“.


Rastertunnelmikroskopaufnahme von einer Kultur Escherichia Coli

Quelle: NIAID

Die Bindung von Zellen an andere Zellen oder an Oberflächen ist lebenswichtig für Organismen, beispielsweise für die Entwicklung von inneren Organen und von Geweben. Aber auch an Krankheit und Infektionen sind solche Mechanismen beteiligt. Die im Experiment eingesetzten E. coli-Bakterien können Harnwegsinfektionen, Hirnhautentzündungen, Sepsis und weitere schwerwiegende Erkrankungen auslösen. Um diese Krankheiten verstehen und behandeln zu können, müssen Forscherinnen und Forscher die molekularen Vorgänge entschlüsseln, die es bakteriellen Zellen ermöglichen, an gesunde Wirtszellen anzudocken.

Häufig geschieht dies über Proteine, die nach einem komplizierten „Pass-Prinzip“ (vereinfacht: „Schlüssel-Schloss-Prinzip“) mit Kohlenhydratstrukturen auf der Wirtszelloberfläche wechselwirken. Die Kieler und Frankfurter Studie zeigt nun erstmals, dass dafür die räumliche Ausrichtung der Kohlenhydratstrukturen entscheidend ist. In der natürlichen Glycokalyx, einer nur nanometerdünnen Mehrfachzucker-Schicht, die alle Zellen umgibt, sind die Verhältnisse allerdings noch zu komplex, um herauszufinden wie Proteine und Kohlenhydrate zueinanderfinden.

Professorin Thisbe K. Lindhorst, Chemikerin an der Uni Kiel, baut mit ihrem Team im Sonderforschungsbereich 677 „Funktion durch Schalten“ Moleküle, die, bestrahlt mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen, als biologische Schalter funktionieren. Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe um den Oberflächenspezialisten Professor Andreas Terfort (Uni Frankfurt) hat sie nun ein System hergestellt, mit dem die Ausrichtung der Zucker-Andockpunkte und damit die Bindung von E. coli-Bakterien kontrolliert werden kann.

Dazu versahen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine extrem dünne Goldoberfläche mit einem genau definierten Zuckermantel, der an Azobenzol gekoppelt ist. Das ist ein Kohlenwasserstoff, der eine Stickstoffbrücke enthält, die lichtgesteuert wie ein Gelenk funktioniert. Darüber lassen sich nun die Bindungseigenschaften des Zuckermantels schalten: Bestrahlen die Forschenden ihr System mit Licht einer Wellenlänge von 365 Nanometern, können sich erheblich weniger krankmachende Bakterienzellen an die künstliche Oberfläche anheften.

Die Zuckermoleküle drehen sich dabei gewissermaßen von den Bakterien weg und können nicht mehr erkannt werden. Beim „Einschalten“ wiederum mit 450 Nanometer langen Lichtwellen orientieren sich die Strukturen wieder derart, dass Bakterienzellen erneut andocken können. So lässt sich die Anhaftung von E. coli kontrollieren.

„Durch den Einsatz eines Schichtsystems auf einer festen Oberfläche in Kombination mit einem Photo-Gelenk lässt sich die komplexe Dynamik einer realen Glycokalyx auf die wesentlichen Prozesse reduzieren und so verstehen“, erklärt Terfort. „Dieser neue Ansatz sollte sich auch auf andere biologische Grenzflächensysteme übertragen lassen.“

„Anhand unseres Modellsystems lassen sich Erkennungs- und Bindungseffekte der Glycokalyx sehr definiert und unter einem ganz neuartigen Blickwinkel untersuchen“, sagt Lindhorst. „Wenn wir lernen, die Glycokalyx in einem Zusammenhang von Gesundheit und Heilung zu beeinflussen, wird dies zu einer Revolution in der Medizinischen Chemie führen.“

Originalpublikation
Switching of bacterial adhesion to a glycosylated surface by reversible reorientation of the carbohydrate ligand. Theresa Weber, Vijayanand Chandrasekaran, Insa Stamer, Mikkel B. Thygesen, Andreas Terfort and Thisbe K. Lindhorst. Angew. Chem. 48/2014. DOI: 10.1002/ange.201409808 und 10.1002/anie.201409808 (Angew. Chem. Int. Ed.)

Fotos und Abbildungen stehen zum Download zur Verfügung:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2014/2014-395-1.jpg
Bildunterschrift: Links: E. coli-Bakterien können über das Protein FimH an den Zuckermolekülen der künstlichen Glycokalix andocken. Rechts: Bei Bestrahlung mit Licht einer Wellenlänge von 365 Nanometern knicken die Zuckermoleküle auf der Oberfläche weg und können von den Proteinen nicht erkannt werden. Die Bakterien können dann nicht mehr an die „Wirtszelle“ andocken.
Abbildung/Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2014/2014-395-2.jpg
Bildunterschrift: Kontrollierte Bindung: Die Anhaftung von Bakterien an Zuckermolekülen auf dem Glycokalyx-Modell kann durch Licht umkehrbar gesteuert werden.
Abbildung/Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproduced with permission.

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2014/2014-395-3.jpg
Bildunterschrift: Rastertunnelmikroskopaufnahme von einer Kultur Escherichia Coli
Quelle: NIAID

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2014/2014-395-4.jpg
Bildunterschrift: Thisbe K. Lindhorst (Foto) und ihr Team kontrollieren die Anhaftung von E. coli-Bakterien durch schaltbare Zuckermoleküle.
Foto/Copyright: Stefan Kolbe

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2014/2014-395-5.jpg
Bildunterschrift: Oberflächenspezialist Andreas Terfort von der Goethe Universität Frankfurt
Foto/Copyright: Larissa Zherlitsyna

Kontakt
Prof. Dr. Thisbe K. Lindhorst
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Otto Diels-Institut für Organische Chemie
Tel.: 0431/880-2023
E-Mail: tklind@oc.uni-kiel.de

Prof. Dr. Andreas Terfort
Goethe-Universität Frankfurt
Tel: 069/798-29180
E-Mail: aterfort@chemie.uni-frankfurt.de

Dr. Boris Pawlowski | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aufräumen? Nicht ohne Helfer
19.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Einzelne Rezeptoren auf der Arbeit
19.10.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: 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...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

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

Aufräumen? Nicht ohne Helfer

19.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen

19.10.2017 | Materialwissenschaften

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie