Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Giftspritze mit Gummiband: Tc-Toxine injizieren bakterielle Giftstoffe auf bislang unbekannte Weise

24.02.2014
Bakterien haben viele verschiedene Wege entwickelt, um ihre giftige Ladung in Zellen einzuschleusen.

Die dreiteiligen Tc-Giftkomplexe, die unter anderem vom Pesterreger Yersinia pestis oder dem Insektenkrankheitserreger Photorhabdus luminescens verwendet werden, sind besonders ungewöhnlich. Stefan Raunser vom Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund und seine Kollegen von der Universität Freiburg haben Aufnahmen dieser „Giftspritzen“ mit sehr hoher Detailgenauigkeit angefertigt. Darauf sieht man, woher die Molekülkomplexe die Energie zum Durchstoßen der Zellmembran nehmen. Diese Proteine könnten Anwendung in der Medizin finden und zum Beispiel Medikamente gezielt in Krebszellen transportieren.


Bei pH-Veränderungen öffnet sich die äußere Hülle (grün) und die gestreckte molekulare Feder (schwarz) kann sich entspannen. Dabei zieht sie den zentralen Kanal mit (gelb).

MPI f. molekulare Physiologie/ Gatsogiannis, Raunser

Photorhabdus luminescens lebt in Symbiose mit räuberischen Fadenwürmern. Das Bakterium wartet in den Eingeweiden der Würmer darauf, dass der Fadenwurm ein Insekt angreift. Dann erst schlägt die große Stunde des Bakteriums. Es setzt Tc-Giftkomplexe frei, die das Insekt binnen kurzer Zeit töten. Am Kadaver laben sich dann sowohl der Fadenwurm als auch die Bakterien, bevor sie zu ihrem nächsten Opfer weiterziehen.

„Bisher wussten wir nicht viel von der Struktur der Tc-Komplexe“, sagt Stefan Raunser. „Wir hatten nur ein grobes Bild, jetzt besitzen wir Bilder, mit denen wir sogar einzelne Atome unterscheiden können!“ Mit Hilfe von Röntgenkristallografie und Kryoelektronenmikroskopie sind den Forschern detaillierte Aufnahmen gelungen. „Es gibt wahrscheinlich keine andere Struktur eines Proteinkanals, in dem man sogar das Protein im Kanal sehen kann“, so Stefan Raunser.

Die Tc-Komplexe bestehen aus den drei Untereinheiten TcA, TcB und TcC. TcA formt den Kanal, der wie eine Spritze die Zellmembran durchdringt und das giftige Enzym in die Zelle transportiert. Doch woher die Energie dafür kommt, war bisher unbekannt.

„TcA besitzt eine aus 48 Aminosäuren bestehende Proteinkette, die gedehnt ist wie ein Gummiband oder eine Feder“, so Raunser. Zieht sich das Band beziehungsweise die Feder zusammen, wird Energie frei, die den Kanal durch die Membran stößt. Dieser Mechanismus unterscheidet die Tc-Komplexe von allen anderen bekannten porenformenden Injektionsproteinen, wie sie bei Diphtherie- oder Anthrax-Bakterien vorkommen.

Die TcA-Untereinheit ist außerdem für die Bindung des Komplexes an die Wirtszelle verantwortlich. Dafür stehen ihr gleich 20 Rezeptor-Bindedomänen zur Verfügung. „Wir vermuten, dass immer vier davon einen Rezeptor umschließen und somit die Stärke der Bindung erhöhen“, erklärt Raunser.

Diese Rezeptor-Bindedomänen lassen sich leicht entfernen oder gegen andere Domänen austauschen. „Dadurch könnte man die Tc-Komplexe zu ganz bestimmten Zellen dirigieren, zu Krebszellen beispielsweise oder auch zu anderen Körperzellen.“ Dort angelangt könnten die Tc-Komplexe therapeutisch wirksame Moleküle in die Zellen spritzen. Auch in der Landwirtschaft könnten die insektenpathogenen Tc-Komplexe als Pflanzenschutzmittel zum Einsatz kommen.

Originalpublikation:
Dominic Meusch, Christos Gatsogiannis, Rouslan G Efremov, Alexander E Lang, Oliver Hofnagel, Ingrid R Vetter, Klaus Aktories, Stefan Raunser
'Mechanism of Tc toxin action revealed in molecular detail
Nature, online vorab veröffentlicht; 23. Februar 2014

Ansprechpartner:
Dr. Stefan Raunser
Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie, Dortmund
Telefon: +49 231 133-2356
E-Mail:stefan.raunser@mpi-dortmund.mpg.de

Dr. Peter Herter
Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie, Dortmund
Telefon: +49 231 133-2500
Fax: +49 231 133-2599
E-Mail:peter.herter@mpi-dortmund.mpg.de

Dr Harald Rösch | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kaltwasserkorallen: Versauerung schadet, Wärme hilft
27.04.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Auf dem Gipfel der Evolution – Flechten bei der Artbildung zugeschaut
27.04.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

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: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

27.04.2017 | Informationstechnologie