Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tuberkulose-Erreger ist doppelt verpackt

04.03.2008
3D-Aufnahmen zeigen erstmalig, dass Mykobakterien an ihrer Oberfläche von einer Doppelmembran umgeben sind. Martinsrieder Wissenschaftler beenden eine lange wissenschaftliche Diskussion um den äußeren Schutzschild der Bakterien und eröffnen neue Wege für die Entwicklung von Medikamenten gegen Tuberkulose (PNAS 11. März 2008, Onlinepublikation vorab).

Im März 1882 berichtete Robert Koch erstmalig über den Erreger der Tuberkulose und beschrieb die damalige Situation: "Die Statistik lehrt, dass 1/7 aller Menschen an Tuberkulose stirbt ..." Noch immer erkranken jährlich zehn Millionen Menschen an Tuberkulose, und jeden Tag sterben etwa 4000 mit Mycobacterium tuberculosis infizierte Patienten.

Die medikamentöse Behandlung ist langwierig und der Schutz durch Impfung nach wie vor unzureichend. Deshalb befassen sich weltweit Forschergruppen mit der Untersuchung der "säurefesten Stäbchen", die durch eine komplexe und für die meisten Moleküle schwer überwindbare Zellwand geschützt sind. Ihr verdanken die Mykobakterien die besondere Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen und antibakteriellen Substanzen.

Es ist schon länger bekannt, dass langkettige, fest gebundene Fettsäuren - die Mykolsäuren - zur Erhaltung der Widerstandsfähigkeit der Zellwand notwendig sind. Doch hat man vom Aufbau der Zellhülle auch gut 125 Jahre nach Kochs Entdeckung noch unvollständige und zum Teil widersprüchliche Vorstellungen. So nahmen Forscher bislang an, dass die Mykolsäuren eine geschlossene Schicht bilden, oder dass sie den inneren Teil einer definierten Doppelschicht stellen, die besonders dick und asymmetrisch gestaltet ist. Harald Engelhardt und seine Gruppe am Max-Planck-Institut für Biochemie konnten nun erstmalig direkt nachweisen, dass die äußere Zellwandschicht der Mykobakterien aus einer klar strukturierten Lipid-Doppelmembran besteht. Ihre Struktur ist allerdings mit den bisherigen Annahmen kaum in Einklang zu bringen.

Christian Hoffmann untersuchte als Doktorand unter Anleitung von Harald Engelhardt die äußere Zellwand von Mycobacterium smegmatis und Mycobacterium bovis BCG, einem engen Verwandten des Tuberkulose-Erregers, im Elektronenmikroskop. Die am Institut entwickelte Technik der Kryo-Elektronentomographie ermöglichte es den Wissenschaftlern erstmalig, 3D-Aufnahmen der Doppelmembran-Struktur bei intakten Zellen zu gewinnen. Bei dieser Technik werden von schockgefrorenen Zellen Projektionen aus verschiedenen Winkeln aufgezeichnet, wobei für Anzahl, Schärfe und Kontrast der Aufnahmen ein Optimum gefunden werden muss. Die bei -190 °C gekühlte Probe kann dem Elektronenstrahl zeitlich nur sehr begrenzt ausgesetzt werden, um einer Zerstörung vorzubeugen. Die Aufnahmen sind deshalb stark verrauscht und kontrastarm. Die Abteilung Molekulare Strukturbiologie von Professor Wolfgang Baumeister - in diesem Projekt besonders Jürgen Plitzko - leistet Pionierarbeit in der Entwicklung der Kryo-Elektronentomographie, die zur Aufklärung von Zellstrukturen im lebensnahen Zustand beiträgt.

Hoffmann und seine Kollegen beobachteten in ihren tomographischen Daten entgegen den Erwartungen eine eher symmetrische und wesentlich dünnere Struktur der äußeren mykobakteriellen Membran. Die Forscher haben deshalb ihre Ergebnisse auch an 35-millionstel Millimeter dünnen Schnittpräparaten eingefrorener und sonst unbehandelter Zellen überprüft und bestätigt. Sie können jetzt auch die Einbettung der Porenproteine in die äußere Membran von Mycobacterium smegmatis befriedigend erklären. Die molekulare Struktur der Proteine hatte bislang nicht zu den bekannten Zellwandmodellen gepasst.

Harald Engelhardt, der Leiter des Forschungsprojekts, stimmt mit den bisherigen Vorstellungen in soweit überein, dass die Mykolsäuren die äußere Membran in der Zellwand verankern. "Doch die Membran ist wohl nicht so gebaut, wie man annahm. Die Mykol- und übrigen Fettsäuren müssen in der Lipidmembran anders angeordnet sein als gedacht." Die Martinsrieder Mikrobiologen und Strukturforscher halten jetzt eine genauere Untersuchung der äußeren Membran von Mykobakterien für notwendig. Die jetzigen Ergebnisse sind eine wesentliche Voraussetzung dafür. Denn nun können gezielt Studien zum Stofftransport durch die äußere Membran durchgeführt werden, die auch für die Entwicklung von Chemotherapeutika von Bedeutung sein werden. " Schließlich müssen die Medikamente möglichst gut durch die mykobakterielle Zellwand an ihren Wirkungsort gelangen, und dafür ist ein besseres Verständnis der Zellhülle hilfreich", so Engelhardt.

[HE/EMD/BA]

Orginialveröffentlichung:

Christian Hoffmann, Andrew Leis, Michael Niederweis, Jürgen M. Plitzko, and Harald Engelhardt. Disclosure of the mycobacterial outer membrane: Cryo-electron tomography and vitreous sections reveal the lipid bilayer structure.

Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 11. März 2008, Onlinepublikation vorab, DOI 10.1073/pnas.0709530105)

Weitere Informationen:
Webpage der Abteilung Molekulare Strukturbiologie (Prof. Dr. W. Baumeister)
http://www.biochem.mpg.de/baumeister
Bakterien mit Magnetsinn, Pressemitteilung des MPI für Biochemie 18.11.2005
http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/
pressemitteilungen/2005/pressemitteilung20051118/index.html
WHO-Studie: "Anti-tuberculosis drug resistance in the world" Report No. 4
http://www.who.int/tb/features_archive/drsreport_launch_26feb08/en/index.html

Eva-Maria Diehl | idw
Weitere Informationen:
http://www.biochem.mpg.de/

Weitere Berichte zu: Membran Mykobakterium Tuberkulose Zellwand

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht IMMUNOQUANT: Bessere Krebstherapien als Ziel
19.10.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen
19.10.2018 | Goethe-Universität Frankfurt am Main

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: Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen

Biotechnologen entschlüsseln Struktur und Funktion von Docking Domänen bei der Biosynthese von Peptid-Wirkstoffen

Mikroorganismen bauen Naturstoffe oft wie am Fließband zusammen. Dabei spielen bestimmte Enzyme, die nicht-ribosomalen Peptid Synthetasen (NRPS), eine...

Im Focus: Größter Galaxien-Proto-Superhaufen entdeckt

Astronomen enttarnen mit dem ESO Very Large Telescope einen kosmischen Titanen, der im frühen Universum lauert

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Cucciati vom Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) Bologna hat mit dem VIMOS-Instrument am Very Large...

Im Focus: Auf Wiedersehen, Silizium? Auf dem Weg zu neuen Materalien für die Elektronik

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgarien) und Madrid (Spanien) ein neues, metall-organisches Material entwickelt, welches ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silizium aufweist. Das mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur herstellbare Material könnte in Zukunft als Ersatz für konventionelle nicht-organische Materialien dienen, die in der Optoelektronik genutzt werden.

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silizium eingesetzt. Für diese...

Im Focus: Goodbye, silicon? On the way to new electronic materials with metal-organic networks

Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz (Germany) together with scientists from Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgaria) and Madrid (Spain) have now developed and characterized a novel, metal-organic material which displays electrical properties mimicking those of highly crystalline silicon. The material which can easily be fabricated at room temperature could serve as a replacement for expensive conventional inorganic materials used in optoelectronics.

Silicon, a so called semiconductor, is currently widely employed for the development of components such as solar cells, LEDs or computer chips. High purity...

Im Focus: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Natürlich intelligent

19.10.2018 | Veranstaltungen

Rettungsdienst und Feuerwehr - Beschaffung von Rettungsdienstfahrzeugen, -Geräten und -Material

18.10.2018 | Veranstaltungen

11. Jenaer Lasertagung

16.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Ultraleichte und belastbare HighEnd-Kunststoffe ermöglichen den energieeffizienten Verkehr

19.10.2018 | Materialwissenschaften

IMMUNOQUANT: Bessere Krebstherapien als Ziel

19.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Raum für Bildung: Physik völlig schwerelos

19.10.2018 | Bildung Wissenschaft

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics