Wie sich Bakterien lästige Antibiotika vom Hals halten

So sieht der Proteinkomplex aus, mit dem Bakterien Antibiotika aus ihren Zellen hinauspumpen können: Drei Proteine lagern sich zu einem Kanal zusammen, der von der inneren (IM) zur äußeren Membran (ÄM) durchgeht. Grafik: Andersen

Wie funktioniert das? Bakterien pumpen Antibiotika aus ihren Zellen und werden so resistent. Der Biologe Dr. Christian Andersen will die Struktur und Funktionsweise dieser Antibiotika-Pumpen aufklären. Ein Emmy-Noether-Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ermöglicht es ihm, hierfür eine eigene Arbeitsgruppe am Biozentrum der Universität Würzburg aufzubauen.

Ein wachsendes Problem im Gesundheitsbereich sind Bakterien, die gegen immer mehr Antibiotika resistent sind. Eine ziemlich simple, aber effektive Art, sich gegen die schädigende Wirkung von Antibiotika zu wehren, sind so genannte Multidrug-Efflux-Pumpen. Diese befinden sich in der Zellhülle und pumpen Antibiotika, die in die Zelle gelangt sind, wieder heraus. Auf diese Weise erreichen die Antibiotika im Inneren der Zelle nicht die nötige Konzentration, um die Bakterien töten zu können.

Viele Krankheitserreger gehören zu einer Bakteriengruppe, deren Zellhülle aus zwei Membranen besteht. Die Pumpe muss die Antibiotika also über diese beiden Barrieren transportieren. Es ist bekannt, dass die Pumpe aus drei Komponenten besteht: In der inneren Membran befindet sich ein energiegetriebenes Transporter-Protein, das einen Komplex mit einem Adaptor-Protein bildet. Dieses hat die Funktion, den Kontakt zur dritten Komponente herzustellen, einem Poren bildenden Protein in der äußeren Membran. So ergibt sich ein vom Zellinneren nach außen durchgehender Kanal.

Die Struktur des Poren bildenden Proteins wurde im Jahr 2000 im Labor von Dr. Vassilis Koronakis an der britischen Universität Cambridge aufgeklärt. Es unterscheidet sich drastisch von allen bisher bekannten Poren bildenden Proteinen aus der äußeren Membran, da es nicht nur diese, sondern auch den Raum zwischen der äußeren und der inneren Membran durchspannt.

Dr. Andersen war als Stipendiat der EMBO (European Molecular Biology Organization) im Labor von Koronakis und hat dort in den vergangenen zwei Jahren dieses außergewöhnliche Poren formende Protein elektrophysiologisch untersucht. Diese Forschungen wird er nun am Lehrstuhl für Biotechnologie im Würzburger Biozentrum mit einer eigenen Arbeitsgruppe fortsetzen.

Wie sieht das Adaptor-Protein aus? Wie stellt es den Kontakt zum Poren bildenden Protein her? Lassen sich Stoffe finden, welche die Pumpe blockieren oder die Verbindung zwischen dem Poren bildenden Protein und dem Adaptor-Protein verhindern? „Die letzte Frage ist natürlich von besonderem Interesse, da man auf diese Weise die Pumpe lahm legen und die Bakterien wieder empfindlich gegen Antibiotika machen könnte“, so Dr. Andersen.

Für die Gründung seiner Arbeitsgruppe hat Dr. Andersen das Würzburger Biozentrum gewählt, weil er hier ein sehr gutes Umfeld findet: „Mit Professor Roland Benz befindet sich ein kompetenter Elektrophysiologe im Haus. Außerdem können wir auf die Erfahrung der Arbeitsgruppe von Professor Werner Goebel zurückgreifen, die bis vor kurzem an einem Protein-Exportsystem gearbeitet hat, das ähnlich aufgebaut ist wie die Multidrug-Efflux-Pumpen“, so Dr. Andersen. Auch der neue Lehrstuhl für Bioinformatik und das Kompetenzzentrum für die Erforschung des Erbguts von Bakterien bieten weitere Möglichkeiten der Zusammenarbeit.

Das Emmy Noether-Programm der DFG soll dem besonders qualifizierten Nachwuchs einen Weg zur frühen wissenschaftlichen Selbstständigkeit eröffnen. In der ersten Phase wird es den Geförderten unmittelbar nach der Promotion ermöglicht, einen Forschungsaufenthalt im Ausland zu absolvieren. Dr. Andersen hat sich direkt für die zweite Phase beworben, in der die Aufnahme einer eigenverantwortlichen Forschungstätigkeit im Inland gefördert wird, verbunden mit der Leitung einer eigenen Nachwuchsgruppe. Letzten Endes sollen die Stipendiaten so die Voraussetzungen für eine Berufung als Hochschullehrer erlangen.

Weitere Informationen: Dr. Christian Andersen, T (0931) 888-4531, Fax (0931) 888-4509, E-Mail: 
andersen@biozentrum.uni-wuerzburg.de

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Robert Emmerich idw

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