Strukturelle Einsichten ermöglichen gezielten Kampf gegen multiresistente Erreger

Als das Antibiotikum Linzezolid im Jahre 2000 in den USA und später auch in Europa zugelassen wurde (Zyvox; Zyvoxid), galt es als Wunderwaffe gegen multiresistente Bakterienstämme, die insbesondere in Krankenhäusern und Altenheimen auftreten.

Die anfängliche Euphorie wurde jedoch gedämpft, als nach knapp drei Jahren die ersten resistenten Erreger auftraten – und das trotz limitierter Anwendung als Notfall-Antibiotikum. Im Rahmen einer Kooperation des Excellenz-Clusters „Makromolekulare Komplexe“ der Goethe-Universität, des Deutschen Elektronensynchrotrons (DESY) bei Hamburg und der Universität München konnten Wissenschaftler um Prof. Paola Fucini jetzt anhand dreidimensionaler Röntgenbilder aufklären, wie das Linezolid-Molekül Bakterien lahm legt.

Aufgrund dieser Erkenntnisse sollte es künftig möglich sein, wirksame Derivate dieses Antibiotikums gezielter und damit schneller zu entwickeln, so dass die Forschung den multiresistenten Bakterien wieder einen Schritt voraus ist.

Der Angriffspunkt vieler Antibiotika ist die Protein-Fabrik des Bakteriums, das Ribosom. Dort wird die genetische Information in lebenswichtige Proteine übersetzt. Gerät diese Maschinerie ins Stocken, stirbt das Bakterium ab. Das Antibiotikum Linzezolid greift dabei im „Herz“ des Ribosoms, dem Peptidyl-Transferase-Zentrum (PTC), an. Wie die jetzt publizierten dreidimensionalen Röntgenbilder zeigen, bindet das Linezolid dort so an, dass es eine der essentiellen Nukleinsäuren in einer bestimmten Orientierung festhält. Da diese Nukleinsäure eine Schlüsselrolle bei der Knüpfung der Peptidbindung hat, wird damit die Arbeit des PTC im „Herzen“ des Ribosoms unterbrochen, wie die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Sciences berichten. Zusätzlich blockiert das Antibiotikum die korrekte Bindung der Aminosäure-Lieferanten, der transfer-RNAs (t-RNAs) und damit auch die Verkettung der Aminosäuren.

Die bislang widersprüchlichen erscheinenden biochemischen Ergebnisse zu der Frage, wann Oxazolidinon-Antibiotika in den Prozess der Proteinbiosynthese eingreifen, werden damit ebenfalls erklärt. Es stellte sich nämlich heraus, dass die Bindungsstelle des Antibiotikums sowohl in der Initiationsphase als auch kurzzeitig während des Translationszyklus frei ist und somit den Prozess zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterbrechen kann.

Die Wirkung des Linzezolids besteht also letztlich darin, dass es die Maschine des Lebens in krankmachenden Bakterien lahm legt, indem es verhindert, dass die zum Weiterleben und zur Vervielfältigung wichtigen Proteine produziert werden.

Informationen: Prof. Paola Fucini, Röntgenstrukturanalyse, Exzellenzcluster Makromolekulare Komplexe, Campus Riedberg, Tel.: (069)-798-29145, fucini@chemie.uni-frankfurt.de