Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Künstliches Enzym kann natürlichen Entgiftungsmechanismus in Leberzellen imitieren

04.06.2014

Molybdänoxid-Nanopartikel können Funktion des körpereigenen Enzyms Sulfitoxidase übernehmen – Perspektiven für therapeutischen Einsatz

Nanopartikel aus Molybdänoxid können einer neuen Studie zufolge in Leberzellen Sulfit zu Sulfat umwandeln und erfüllen damit eine ähnliche Funktion wie das körpereigene Enzym Sulfitoxidase.


Funktionsweise der Molybdänoxid-Nanopartikel: Behandlung von Leberzellen mit

Sulfitoxidase-Mangel (a); Molybdänoxid-Nanopartikel lagern sich an Mitochondrien an (b) und wandeln Sulfit zu Sulfat um (c). Abb.: AG Tremel, JGU

Wie Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) herausgefunden haben, sind funktionalisierte Molybdäntrioxid-Nanopartikel in der Lage, Zellmembranen zu passieren und sich im Zellinnern an den Mitochondrien anzuheften, wo sie dann die Aktivität der Sulfitoxidase übernehmen können.

Sulfitoxidase ist ein molybdänhaltiges Enzym in den Mitochondrien von Leber- und Nierenzellen, das beim Eiweiß- und Fettstoffwechsel die Oxidation von Sulfit zu Sulfat katalysiert und damit eine wichtige Rolle bei der Zellentgiftung spielt.

Ein Sulfitoxidase-Mangel ist eine seltene genetisch bedingte, jedoch schwere Erkrankung. Sie verursacht neurologische Störungen, geistige Behinderung, physische Deformationen sowie einen Abbau des Gehirns und führt schließlich zum frühzeitigen Tod. Verschiedene Ernährungs- und Arzneimitteltherapien waren bislang wenig erfolgreich.

Ausgangspunkt für die Mainzer Forschungen war die Tatsache, dass Molybdänoxid im aktiven Zentrum des Enzyms vorkommt und dort für die Oxidation des toxischen Sulfits sorgt. Die beteiligten Wissenschaftler um Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Tremel vom Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie sowie Dr. Dennis Strand und Univ.-Prof. Dr. Susanne Strand von der I. Medizinischen Klinik und Poliklinik der Universitätsmedizin hoffen, dass die neue Entdeckung die Basis für eine therapeutische Anwendung von Molybdäntrioxid-Nanopartikeln schafft und so auch einen neuen Weg, um diese Krankheit zu behandeln.

Auch bei ansonsten gesunden Menschen kann ein Mangel an Sulfitoxidase Beschwerden hervorrufen. Sulfite kommen unter anderem als Konservierungsstoffe in Nahrungsmitteln wie zum Beispiel in Rotwein, Grapefruitsaft oder eingelegtem Gemüse vor. Menschen mit niedrigem Sulfitoxidase-Spiegel reagieren auf den Genuss unter Umständen mit Müdigkeit, Asthma, fallendem Blutzuckerspiegel oder Kopfschmerzen.

Mit ihrer Studie betreten die Mainzer Wissenschaftler Neuland, denn bislang gibt es nur wenige Beispiele von Nanopartikeln, die eine Enzymaktivität besitzen. „Es ist sehr erstaunlich, dass einfache anorganische Nanopartikel eine Enzymaktivität nachahmen können“, sagt Ruben Ragg, Erstautor der Studie. In einer früheren Arbeit hatten Wissenschaftler um Wolfgang Tremel gezeigt, dass Nanostäbchen aus Vanadiumoxid in Schiffslacken durch ihre enzymatische Aktivität effektiv vor Ablagerungen schützen.

„Es ist ein altes Ziel der Chemie, künstliche Enzyme herzustellen, die die grundlegenden und allgemeinen Prinzipien von natürlichen Enzymen imitieren“, so Tremel. Zwar wurde bereits über einige Nanomaterialien mit enzymähnlichen Eigenschaften berichtet, aber die wirkliche Krönung der Enzym-Chemie wäre es, Veränderungen in den Zellen zu katalysieren, während gleichzeitig andere konkurrierende Reaktionen ablaufen – und dies ist schwierig zu erreichen. Künstliche Enzyme sind daher hilfreich, um den Reaktionsmechanismus natürlicher Enzyme zu verstehen, aber auch für die künftige Anwendung als Therapeutika.

Dabei würde der Einsatz von Molybdänoxid-Nanopartikeln einige Vorteile mit sich bringen. „Molybdänoxid-Partikel sind wesentlich günstiger und auch stabiler als gentechnisch hergestellte Enzyme“, ergänzt Dr. Filipe Natalio, Kooperationspartner der Mainzer Gruppe von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Natalio entwirft neue Materialien, die komplexe Strukturen aus der Natur nachahmen, indem er Experten aus unterschiedlichen Bereichen von den Materialwissenschaften über die Biologie bis zur Chemie zusammenbringt. Als nächste Aufgabe wollen die beteiligten Wissenschaftler testen, ob die Enzymaktivität der Molybdäntrioxid-Nanopartikel auch im lebendigen Organismus erhalten bleibt.

Die Studie wurde durch eine interdisziplinäre Zuwendung des Naturwissenschaftlich-Medizinischen Forschungszentrums (NMFZ) der JGU sowie dem Max Planck Graduate Center (MPGC) gefördert.

Veröffentlichung:
Ruben Ragg et al.
Molybdenum Trioxide Nanoparticles with Intrinsic Sulfite Oxidase Activity
ACS Nano, 4. April 2014
DOI: 10.1021/nn501235j

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Tremel
Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-25135
Fax +49 6131 39-25605
E-Mail: tremel@uni-mainz.de
http://www.ak-tremel.chemie.uni-mainz.de/index.php

Univ.-Prof. Dr. Susanne Strand, Dr. Dennis Strand
I. Medizinische Klinik und Poliklinik
Universitätsmedizin
Johannes Gutenberg Universität Mainz (JGU)
D 55131 Mainz
Tel. + 49 6131 17-9782
E-Mail: sstrand@uni-mainz.de; dstrand@uni-mainz.de

Weitere Links:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn501235j (Article)
http://www.uni-mainz.de/presse/52490.php (Pressemitteilung „Von der Natur inspiriert: Lacke mit bakteriziden Nanopartikeln gegen marines Fouling“)

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Erster Atemzug prägt Immunsystem nachhaltig
22.02.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

nachricht Wie Proteine zueinander finden
21.02.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

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: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Neue Prozesstechnik für effizientes Bohren und Schneiden auf der LASER CHINA

22.02.2017 | Messenachrichten

IHP-Forschungsteam verbessert Zuverlässigkeit beim automatisierten Fahren

22.02.2017 | Automotive