Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tuberkulose: Wirkstoffe im MycPermCheck

09.01.2013
Weltweit sterben jedes Jahr rund zwei Millionen Menschen an der Tuberkulose.

Neue Medikamente sind dringend nötig, und die Suche danach dürfte künftig einfacher werden – dank des neuen Modells MycPermCheck, das an der Uni Würzburg entwickelt wurde.


Mycobacterium-tuberculosis-Bakterien in einer gefärbten elektronenmikroskopischen Aufnahme.
Quelle: Public Health Image Library / Janice Haney Carr

Ausgelöst wird die Tuberkulose von einem Erreger mit dem Namen Mycobacterium tuberculosis. Er unterscheidet sich von vielen anderen Bakterien dadurch, dass er eine besonders dicke Zellwand besitzt. Sie ist kaum durchlässig für Fremdstoffe und macht den Krankheitserreger dadurch auch relativ unempfindlich gegen Medikamente.

„An der dicken Zellwand der Mykobakterien scheitern viele Wirkstoffe, die eigentlich hoch effektiv sein könnten“, erklärt Professor Christoph Sotriffer vom Institut für Pharmazie der Universität Würzburg. Wegen dieser Barriere erreichen die Arzneistoffe ihr Ziel – das Innere der Bakterien – entweder gar nicht oder nur in so geringer Konzentration, dass sie nicht mehr wirken.

Was Wirkstoffe durch die Zellwand bringt

Welche Voraussetzungen muss ein Wirkstoff erfüllen, damit er gut durch die Zellwand des Tuberkulose-Erregers hindurchkommt? Diese Frage konnte die Wissenschaft bislang nicht beantworten. Nun liefern Pharmazeuten und Bioinformatiker der Universität Würzburg erstmals einige Antworten. Ihre Ergebnisse sind im Fachblatt „Bioinformatics“ veröffentlicht.

Christoph Sotriffers Mitarbeiter Benjamin Merget und David Zilian haben 3815 Substanzen, die gegen Mykobakterien wirksam sind, mit zahlreichen nicht-wirksamen oder zufällig ausgewählten Substanzen verglichen. Durch ihre Analysen identifizierten sie einige physikalisch-chemische Eigenschaften, mit denen sich gut prognostizieren lässt, ob ein Molekül die Zellwand des Krankheitserregers durchdringen kann oder nicht. Das sind zum Beispiel Eigenschaften wie die Größe der wasserabweisenden Oberfläche oder die Anzahl der Stellen, an denen Wasserstoffbrücken entstehen können.

Wie sich die Wirksamkeit abschätzen lässt

Aus ihren Erkenntnissen haben die Wissenschaftler das statistische Modell „MycPermCheck“ entwickelt: Mit ihm lässt sich abschätzen, mit welcher Wahrscheinlichkeit organische Moleküle bis zu einer relativen Molekülmasse von etwa 500 die Zellwand von Mykobakterien überwinden und ihre Wirkung im Bakterium entfalten können. Das Modell lässt sich als kostenloser Webservice auf der Homepage der Arbeitsgruppe Sotriffer frei nutzen.

„Mit MycPermCheck ist es erstmals möglich, die Suche nach Wirkstoffen gegen Mykobakterien auf genau die chemischen Verbindungen zu fokussieren, die mit hoher Wahrscheinlichkeit in das Bakterium eindringen können“, sagt der Professor. Damit ließen sich virtuelle und experimentelle Screenings effizienter und zielgerichteter durchführen. Mit dem Modell kann man auch prüfen, ob neu entworfene Substanzen die gewünschten Eigenschaften besitzen. „Ist das nicht der Fall, kann versucht werden, dies durch ein gezieltes molekulares Design zu erreichen“, so Sotriffer.

Warum Screenings effektiver werden

MycPermCheck ist kein Verfahren, mit dem sich die Durchlässigkeit der bakteriellen Zellwand exakt berechnen lässt – auf diese Feststellung legen die Entwickler großen Wert. Darüber sollten sich alle Anwender im Klaren sein. Das Modell erhöht nur die Wahrscheinlichkeit, aus einer großen Menge chemischer Verbindungen genau diejenigen auszuwählen, deren Eigenschaften die Überwindung der mykobakteriellen Zellwand ermöglicht.

Professor Sotriffer: „Bei typischerweise mehreren Hunderttausend bis einigen Millionen Verbindungen, die einem Screening unterzogen werden, wäre bereits viel gewonnen, wenn man die Suche nach neuen Wirkstoffen zum Beispiel auf die besten zehn Prozent derjenigen Moleküle reduzieren kann, die mit hoher Wahrscheinlichkeit gut in das Bakterium eindringen können. Der steinige Weg zu neuen Wirkstoffen gegen Tuberkulose wäre dadurch schon etwas geebnet.“

MycPermCheck im Internet: http://www.mycpermcheck.aksotriffer.pharmazie.uni-wuerzburg.de

Erarbeitet wurden die neuen Erkenntnisse im Sonderforschungsbereich 630 (Erkennung, Gewinnung und funktionale Analyse von Wirkstoffen gegen Infektionskrankheiten) der Universität Würzburg. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert die Arbeiten finanziell.

Fakten zur Tuberkulose

Die Tuberkulose, auch Schwindsucht genannt, ist die weltweit häufigste bakterielle Infektionskrankheit. Mehr als acht Millionen Menschen erkranken jedes Jahr daran, die meisten in Afrika südlich der Sahara, in Asien und in Osteuropa. In Deutschland wurden laut Robert-Koch-Institut in den vergangenen Jahren zwischen 4000 und 5000 Neuerkrankungen jährlich registriert.

Die Erreger befallen hauptsächlich die Lunge. Als Folgen stellen sich ständiger Husten mit Auswurf, Gewichtsabnahme und starkes Schwitzen in der Nacht ein. Bei schweren Verläufen ist der Hustenauswurf blutig, dazu kommen Untergewicht und starke Blutarmut. Ohne Behandlung endet die Krankheit häufig tödlich.

Arzneistoffe, mit denen die Tuberkulose therapiert werden kann, gibt es schon seit der Mitte des 20. Jahrhunderts. Aber die Behandlung ist aufwändig: Sie dauert mehrere Monate und erfordert eine Kombination von mindestens vier Substanzen. Zudem sind viele Stämme des Erregers gegen die Wirkstoffe resistent geworden. Gute Alternativen sind rar, da über Jahrzehnte keine neuen Arzneistoffe dazugekommen sind.

„MycPermCheck: the Mycobacterium tuberculosis permeability prediction tool for small molecules”, Benjamin Merget, David Zilian, Tobias Müller, and Christoph A. Sotriffer, Bioinformatics 2013, 29 (1): 62-68; DOI: 10.1093/bioinformatics/bts641

Kontakt

Prof. Dr. Christoph Sotriffer, Institut für Pharmazie und Lebensmittelchemie, Universität Würzburg, T (0931) 31-85443, sotriffer@uni-wuerzburg.de

Robert Emmerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de
http://www.mycpermcheck.aksotriffer.pharmazie.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

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: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie