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 Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung
26.04.2017 | Universität Ulm

nachricht Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt
26.04.2017 | Universität Basel

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: 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...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Rittal mit neuer Push-in-Leiteranschlussklemme - Kontakte im Handumdrehen

26.04.2017 | HANNOVER MESSE

Plastik – nicht nur Müll

26.04.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz