Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues Bioanalytikzentrum zur Aufklärung von Stoffwechselvorgängen bei Bakterien

08.06.2009
Millionen Menschen fallen jedes Jahr Krankheiten zum Opfer, die von Bakterien ausgelöst werden.

Immer mehr Bakterienstämme entwickeln inzwischen Mehrfach-Resistenzen gegen die bisher lebensrettenden Antibiotika und könnten so die Todesraten bei Infektionen schon in naher Zukunft dramatisch ansteigen lassen.

Forscher der Technischen Universität München (TUM) sind nun dabei, den Stoffwechsel der Mikroben aufzuklären. So wollen sie neue Wege finden, die gefährlichen Eindringlinge gezielt bekämpfen zu können.

1634, zur Zeit des Dreißigjährigen Krieges, wurde München und sein Umland von der Pest heimgesucht. Seit 2008 ist Yersinia enterocolitica, ein naher Verwandter des Pesterregers, fast unbemerkt zurück gekehrt; allerdings in Form von abgekochtem, harmlosen Totmaterial. Die Arbeitsgruppe um Dr. Wolfgang Eisenreich, Biochemiker an der TU München, nimmt es genau unter die Lupe.

Mit einer hochmodernen Technologie, dem so genannten Isotopolog-Profiling, entschlüsseln sie die wichtigsten Stoffwechselvorgänge gefährlicher Erreger wie Yersinia, Listeria, Legionella oder Salmonella. Die Wissenschaftler suchen dabei nach Stoffwechselschritten, die zwar für das Bakterium wichtig sind, nicht aber für den Menschen. Die Idee dahinter: Medikamente, die gezielt nur diesen Schritt blockieren, könnten den Erreger bekämpfen, ohne dem Menschen zu schaden.

Mit dem Isotopolog-Profiling, einer Kombination aus Magnet-Resonanz- und Massenspektroskopie, lösen die Wissenschaftler ein schwer wiegendes Problem der bisherigen Forschung: Da Bakterien ihren Stoffwechsel sehr flexibel an die Umgebungsbedingungen anpassen können, sagen Tests im Reagenzglas nur sehr wenig darüber aus, wie der Stoffwechsel der Mikroben im Zusammenspiel mit der infizierten Zelle eines Menschen funktioniert. Bakterien wie Listeria monocytogenes, das besonders immungeschwächten Personen und Schwangeren gefährlich werden kann, befallen sogar menschliche Immunzellen, die sie eigentlich bekämpfen sollten. Eisenreich und sein Team sind nun dabei, die Tricks aufzudecken, mit denen die Bakterien die Immunzellen überlisten.

Für das Isotopolog-Profiling füttern die Wissenschaftler die Mikroben mit Isotop-markierten Nährstoffen. "Typischerweise hat Kohlenstoff die Massenzahl 12," erläutert Wolfgang Eisenreich. "Aber es gibt in der Natur auch ein Kohlenstoff-Isotop, das ein Neutron mehr enthält. Chemiker können Zuckermoleküle aufbauen, die nur 13-C-Kohlenstoff enthalten oder bei denen an einer bestimmten Stelle ein 12-C durch ein 13-C-Atom ersetzt ist. Diese Verbindungen nennt man Isotopologe." Kooperierende Arbeitsgruppen in ganz Deutschland füttern Bakterien mit solchen Molekülen, und diese bauen daraus die für ihr Überleben wichtigen Zucker, Fette oder Eiweiße auf. Danach werden die Bakterien abgetötet, aufbereitet und in Garching analysiert.

Mit Hilfe der Magnet-Resonanz- und der Massenspektrometrie sehen die Garchinger Forscher, was in der Zwischenzeit aus den markierten Stoffen geworden ist. Das Massenspektrometer trennt die entstandenen Moleküle nach ihrem Gewicht auf. Hat das Bakterium in ein Molekül statt eines 12-C ein 13-C-Atom eingebaut, ist dieses ein winziges bisschen schwerer als eines, das an der gleichen Stelle nur ein 12-C-Atom enthält. Einen zweiten wichtigen Anhaltspunkt liefert die Magnetresonanz-Analyse. Sie erfasst über spezifische Frequenz-Signale in einem starken Magnetfeld die exakte Position der 13-C-Atome innerhalb von Molekülen.

Nach diesen Analysen wissen die Forscher, an welchen Stellen welcher Stoffwechselprodukte des Bakteriums 13-C-Atome eingebaut wurden. Ein Computer spielt nun alle möglichen Wege durch, wie aus den 13-C-markierten Zuckern die Endprodukte entstanden sein könnten. Über den Vergleich mit dem tatsächlich entstandenen Verteilungsmuster errechnet das Computerprogramm den Syntheseweg und die Abfolge der Zwischenschritte bis zu den gemessenen Endprodukten. So können Schlüsselschritte im Stoffwechsel der Mikroben identifiziert werden, um gezielt neuartige Antibiotika zu entwickeln.

Wie das Penicillin, das erste Antibiotikum, werden viele Medikamente nach wie vor eher zufällig entdeckt. Zwar kann man mit modernen Methoden wie dem Hochdurchsatz-Screening bis zu 300.000 Substanzen pro Tag daraufhin testen, ob sie mit Bakterien interagieren, doch ist der Output solcher Massentests sehr gering. Einen ungleich intelligenteren Ansatz stellt das Isotopolog-Profiling dar: Es liefert Hintergrundwissen darüber, was in den Bakterien vor sich geht und wie sie mit dem Wirt, den sie infizieren, interagieren. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat daher einen Forschungsschwerpunkt (SPP 1316) eingerichtet, in dem mittlerweile 15 Arbeitsgruppen aus ganz Deutschland ihre Forschung bündeln. Während die Experten der Infektionsbiologie die pathogenen Keime in ihren Hochsicherheitslaboratorien mit markierten Substanzen füttern, bauen die TU Wissenschaftler die zentrale Bioanalytik-Plattform dazu in Garching auf. Fast 780.000 € bekommen die Forscher dafür von der DFG. Erste Ergebnisse sind viel versprechend: Die Forscher konnten bereits bisher unbekannte Achillesversen der Mikroben identifizieren, die mögliche Ziele für die dringend benötigten neuen Antibiotika sein könnten.

Die Arbeiten werden unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG SPP 14316), dem Bayerischen NMR-Zentrum Garching und der Hans-Fischer-Gesellschaft.

Originalpublikation:

Cross-talk between Type Three Secretion System and Metabolism in Yersinia
Annika Schmid, Wibke Neumayer, Konrad Trülzsch, Lars Israel, Axel Imhof, Manfred Roessle, Guido Sauer, Susanna Richter, Susan Lauw, Eva Eylert, Wolfgang Eisenreich, Jürgen Heesemann, and Gottfried Wilharm

J. Biol. Chem., Vol. 284, Issue 18, 12165-12177, May 1, 2009, DOI: 10.1074/jbc.M900773200

Kontakt:

PD Dr. Wolfgang Eisenreich
Technische Universität München
Lichtenbergstraße 4
D-85748 Garching
Tel.: 089 289 13336
Fax: 089 289 13363
E-Mail: wolfgang.eisenreich@ch.tum.de

Dr. Ulrich Marsch | idw
Weitere Informationen:
http://portal.mytum.de/welcome

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Add-ons: Was Computerprogramme und Proteine gemeinsam haben
23.10.2017 | Universität Regensburg

nachricht Vorstellung eines neuen Zellkultursystems für die Analyse von OPC-Zellen im Zebrafisch
23.10.2017 | DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien TU Dresden

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
Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltweit lernen und arbeiten: Rund 80 neue Nachwuchskräfte in der Friedhelm Loh Group

23.10.2017 | Unternehmensmeldung

50-jähriges Jubiläum bei der JULABO GmbH

23.10.2017 | Unternehmensmeldung

DATEV eG beauftragt tisoware

23.10.2017 | Unternehmensmeldung