Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zucker gegen gefährliche Bakterien

26.05.2011
Ein möglicher Impfstoff gegen einen Antibiotika-resistenten Erreger von Krankenhaus-Infektionen lässt sich synthetisch herstellen

Gegen den Erreger einer der häufigsten und gefährlichsten Krankenhaus-Infektionen gibt es nun einen erfolgversprechender Impfstoffkandidaten. Ein internationales Team um Forscher des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam hat auf der Basis eines Kohlehydrats einen Impfstoff gegen das Bakterium Clostridium difficile entwickelt, das vor allem in Krankenhäusern gravierende Darminfektionen auslöst.


Stimuliert das Immunsystem: Auf Basis eines Sechsfachzuckers entwickelten Potsdamer Chemiker einen Impfstoff gegen das Bakterium Clostridium difficile, das in Krankenhäusern schwere Darminfektion verursacht. © MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Der zuckerbasierte Impfstoff rief bei Mäusen eine spezifische und umfassende Immunantwort hervor. Die Forscher haben zudem einen deutlichen Hinweis gefunden, dass die Substanz auch das menschliche Immunsystem stimulieren könnte, Antikörper gegen das Bakterium zu produzieren.

Clostridium difficile ist zu einer tödlichen Gefahr geworden: Vor etwa acht Jahren tauchte in den USA und einigen westeuropäischen Staaten ein hochvirulenter und gegen Antibiotika resistenter Stamm des sporenbildenden Bakteriums auf. Seither bedroht es vor allem in Krankenhäusern Patienten, die mit Antibiotika behandelt werden oder die wie etwa Krebs- oder HIV-Patienten ein geschwächtes Immunsystem haben. Während C. difficile den Darm von höchstens vier Prozent der gesunden Menschen besiedelt, ist es in 20 bis 40 Prozent der Patienten in Krankenhäusern zu finden. Wenn andere Bakterien der Darmflora durch Antibiotika zurückgedrängt werden, kann sich das Stäbchenbakterium rasant vermehren. Es produziert Giftstoffe, die zu Durchfall und einer Darmentzündung führen, häufig mit tödlichen Folgen. Stets machen sie eine sehr aufwendige Nachbehandlung der Patienten nötig. Der neue, hochvirulente Erreger produziert sogar rund 20mal mehr Toxine und deutlich mehr Sporen als die zuvor bekannten Erreger.

Ein Kohlehydrat in der Zellwand des Bakteriums haben die Forscher um Peter H. Seeberger am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam nun zum Angriffspunkt für einen möglichen Impfstoff genommen. „In ersten Tests hat sich das zuckerbasierte Antigen, das wir dabei hergestellt haben, auch bereits als sehr aussichtsreich erwiesen“, sagt Peter H. Seeberger, Direktor am Potsdamer Max-Planck-Institut.

Wesentlicher Bestandteil des Antigens ist ein Sechsfachzucker, für den die Chemiker des Teams zunächst eine Synthese entwickelten. Als Bausteine für den Mehrfachzucker verwendeten sie vier verschiedene Einfachzucker, die sie auf einem effizienten Weg so miteinander reagieren ließen, dass genau das Molekül mit der gewünschten Anordnung der Einfachzucker entstand. „Die Synthese von komplexen Mehrfachzuckern stellt immer noch eine Herausforderung dar“, sagt Peter H. Seeberger. Sie ist nicht zuletzt deshalb schwierig, weil Zuckermoleküle sich an mehreren möglichen Stellen miteinander verbinden können. Dass sich die Ausgangszucker genau an den gewünschten Punkten miteinander verbinden steuerten die Chemiker, indem sie die anderen Reaktionsorte gezielt blockierten.

Das Immunsystem von Mäusen reagiert deutlich
Den Sechsfachzucker kombinierten die Forscher nun mit dem Protein CRM 197, das in vielen Impfstoffen zum Einsatz kommt. Zucker alleine bewirken als Antigene nämlich keine umfassende Immunantwort. Nur in Verbindung mit einem anderen Antigen kann sich das Immunsystem ausreichend gegen eine Infektion mit C. difficile wappnen. Das chemische Zucker-Eiweiß-Konstrukt, Impfstoffforscher sprechen von einem Konjugat, rief in Tests an zwei Mäusen dagegen eine umfassende Immunantwort hervor, nachdem die Tiere im Abstand von zwei Wochen drei Mal mit der Substanz geimpft wurden. „Dass die Mäuse dabei auch Antikörper gegen das Kohlehydrate produzierten, ist bereits ein Erfolg“, sagt Peter H. Seeberger: „Denn nicht alle Kohlenhydrate lösen die Bildung von Antikörpern aus.“ Die Antikörper, die die Mäuse dabei produzierten, banden zudem ausschließlich an den Zucker. Das Antigen kann somit keine Autoimmunerkrankung hervorrufen.

Das Forscherteam wies zudem nach, dass Antikörper gegen den Sechsfachzucker auch Teil der menschlichen Immunantwort sind. Im Stuhl von Patienten, die mit C. difficiles infiziert waren, fanden sie nämlich Antikörper gegen den Zucker. „Wir können also erwarten, dass auch das menschliche Immunsystem bei einer Impfung Antikörper gegen den Zucker bildet“, so Seeberger. Mehr noch: „Da schon auf den natürlichen Zucker geringe Mengen Antikörper gebildet werden, hoffen wir, dass das synthetische Zucker-Eiweiß-Konjugat eine starke Antwort Antwort hervorruft.“

Zuckerbasierte Impfstoffe gegen zahlreiche Krankheitserreger
Der Impfstoffkandidat muss sich nun noch in weiteren Tests bewähren. Zunächst muss geklärt werden, ob er in Tieren eine Infektion wirksam verhindern kann. „Wenn diese Tests erfolgreich sind, wird es vermutlich noch ein bis zwei Jahre dauern, ehe der Impfstoff im Menschen getestet wird “, sagt Peter H. Seeberger.

Der mögliche Impfstoff gegen C. difficile enthält nicht den einzigen immunologisch wirksamen Zucker aus dem Labor Peter H. Seebergers. Gemeinsam mit seinen Kollegen entwickelt der Chemiker zuckerbasierte Impfstoffe gegen zahlreiche Krankheitserreger. „Die aktuelle Arbeit liefert daher auch einen Beleg für die Fortschritte in der Glykochemie und Glykobiologie“, so Seeberger, der für die Entwicklung eines Syntheseroboters für Kohlenhydrate im Jahr 2007 den Körber-Preis erhielt. Chemiker können immer mehr biologische Zuckermoleküle im Labor herstellen, so dass Biologen und Mediziner gezielt ihre Wirkungen erforschen können. Das macht Peter H. Seeberger optimistisch: „Diese Fortschritte werden zu Umwälzungen in den angrenzenden Forschungsgebieten wie der Immunologie, Biologie und Medizin führen.“

Ansprechpartner
Prof. Dr. Peter H. Seeberger
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam
Telefon: +49 331 567-9301
Fax: +49 331 567-9102
E-Mail: peter.seeberger@mpikg.mpg.de
Originalveröffentlichung
Matthias A. Oberli, Marie-Lyn Hecht, Pascal Bindschädler, Alexander Adibekian, Thomas Adam und Peter H. Seeberger
A Possible Oligosaccharide-Conjugate Vaccine Candidate for Clostridium difficile Is Antigenic and Immunogenic

Chemistry & Biology, 26. Mai 2011; DOI: 10.1016/j.chembiol.2011.03.009

Prof. Dr. Peter H. Seeberger | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/4326269

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher beschreiben neuartigen Antikörper als möglichen Wirkstoff gegen Alzheimer
22.08.2017 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Virus mit Eierschale
22.08.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen