Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Antibiotika: Mikroorganismen mit eigenen Waffen schlagen

06.04.2005


Schlüssel zur Generierung zahlreicher neuer Peptidantibiotika gefunden - Marburger Forscher untersuchten die Kommunikation in Multienzymkomplexen - Patentanmeldung bereits erfolgt



Zunehmende Resistenz und schnelle Anpassungsfähigkeit von Krankheitserregern gegenüber Antibiotika erfordern die kontinuierliche und rasche Entwicklung neuer Wirkstoffe. Den Biochemikern Dr. Torsten Stachelhaus und Dr. Martin Hahn vom Fachgebiet Chemie der Philipps-Universität Marburg ist es nun gelungen, das Zusammenspiel der Enzyme aufzuklären, die an der Antibiotikabildung in Mikroorganismen beteiligt sind, und es sogar zu steuern. Dadurch hat sich die Möglichkeit eröffnet, auf schnellem Wege zahlreiche neuartige Peptidantibiotika zu erzeugen, die dann als Wirkstoffkandidaten für die Verwendung beim Menschen untersucht werden können.



"Unser Ziel ist es", so Hahn, "die Mikroorganismen mit ihren eigenen Waffen zu schlagen und ihre eigenen Maschinerien zur Erzeugung neuartiger Medikamente auszunutzen." Die Marburger Forscher haben ihre bereits zum Patent angemeldeten Erkenntnisse kürzlich im US-amerikanischen Wissenschaftsjournal PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) unter dem Titel "Selective interaction in nonribosomal peptide synthetases is facilitated by short communication mediating domains" (PNAS Vol. 101, 11/2004) veröffentlicht.

Montageplatz mit mindestens drei Arbeitern: Synthesemaschinerie der Peptidantibiotika

Peptidantibiotika - die von vielen Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzen als Produkte des Sekundärstoffwechsels erzeugt werden - verfügen über ein breites Wirkungsspektrum in der Medizin. Daher richtete sich das Interesse der Marburger Forscher auf ihren Entstehungsprozess. Normalerweise erfolgt die Biosynthese von Proteinen an speziellen Zellorganellen, den Ribosomen. Diese übersetzen eine im Erbgut gespeicherte, genetische Information in eine Aminosäurekette. Peptidantibiotika werden dagegen an so genannten nichtribosomalen Peptidsynthetasen gebildet.

Deren Syntheseprinzip ähnelt in mancher Hinsicht einem Montageband. Mehrere hintereinander geschaltete Montageplätze (katalytische Enzyme) sorgen dafür, dass jeweils ein bestimmtes Bauteil (Aminosäure) ausgewählt, bearbeitet und in das wachsende Produkt (Peptidantibiotikum) eingebaut wird. Jeder Montageplatz ist dabei mit mindestens drei Arbeitern besetzt, die sich die Arbeitsschritte "Greifen", "Bearbeiten" und "Montieren" teilen. Jeder Arbeiter am Band entspricht, zurückübersetzt in die Welt der Moleküle, einer bestimmten katalytischen Struktur oder Domäne innerhalb der Peptidsynthetasen.

Gegenüber der "normalen" ribosomalen Proteinbiosynthese steht der nichtribosomalen Synthese ein größerer Vorrat an Bauteilen zur Verfügung. Sie ist nämlich in der Lage, neben natürlichen L-Aminosäuren auch deren Spiegelbilder sowie unnatürliche Aminosäuren einzubauen. (Als natürliche Aminosäuren werden dabei diejenigen 21 Aminosäuren bezeichnet, auf denen alle Proteine basieren, die vom menschlichen Körper erzeugt werden. Alle anderen sind "unnatürlich".) Darüber hinaus finden sich an einigen Montageplätzen weitere Arbeiter, die einen Baustein zusätzlich modifizieren können und so eine noch größere Produktvielfalt erzeugen können.

Vielfalt neuer Antibiotika durch Neuarrangements

In den meisten Mikroorganismen erfolgt der Zusammenbau der Peptidantibiotika sogar gleich an mehreren Montagebändern, es wirken also mehrere Peptidsynthetasen auf geordnete Weise in einem so genannten Biosynthesekomplex zusammen. Torsten Stachelhaus und Martin Hahn gelang es nun, die strukturelle Basis dieser Interaktion zwischen verschiedenen Synthetasen innerhalb eines Komplexes aufzuklären. Dadurch war es ihnen möglich, die Reihenfolge der Synthetasen innerhalb eines Komplexes neu zu arrangieren. Außerdem erreichten sie, dass selbst Enzyme aus unterschiedlichen Biosynthesekomplexen miteinander kommunizieren. Um im Bild des Montagebands zu bleiben: Arbeiter können ihr Produkt nun nicht mehr nur an ihren Nebenmann, sondern auch an andere Kollegen selbst an anderen Montagebändern weiter reichen. Das Ergebnis: Die Produktvielfalt wächst und damit die Zahl der produzierten Peptidantibiotika, die schließlich auf ihre Wirkung beim Menschen getestet werden können.

Diese neu gewonnene Vielfalt ist sehr Erfolg versprechend. Denn bereits auf natürlichem Wege nutzen Mikroorganismen den Montagebandmechanismus für die Synthese sehr wirksamer Peptidwirkstoffe wie zum Beispiel das klassische Antibiotikum Penicillin. Auch so moderne Vertreter wie das Reserveantibiotikum Vancomycin oder das nach Organtransplantationen verabreichte, möglichen Abstoßungsreaktionen des Körpers entgegenwirkende, Immunsuppressivum Cyclosporin A werden "am Montageband" hergestellt. Einige der nun neu hinzukommenden Peptidantibiotika, so ist zu erwarten, dürften sich daher ebenfalls als sehr wirkungsvoll erweisen.

Künftige Anwendungen

Durch die Aufklärung der strukturellen Basis, die für die spezifische Interaktion zwischen zwei Synthetasen verantwortlich ist, bietet sich eine Vielzahl von Möglichkeiten, um im Reagenzglas (in vitro) wie auch direkt in der Zelle (in vivo) neue Peptidantibiotika zu erzeugen. Durch geeignete Manipulationen der entsprechenden Montagebänder können auch einzelne Bausteine innerhalb eines Peptidantibiotikums gezielt verändert werden. Auf diese Weise ließen sich zum Beispiel bereits bekannte Wirkstoffe in ihrer Struktur modifizieren, um deren Wirkungseigenschaften zu verbessern.

Darüber hinaus bietet sich die Möglichkeit, auf zufälligem Wege neue Biosynthesekomplexe zu erzeugen, die wiederum völlig neuartige Peptide mit unterschiedlichster Wirkung und Spezifität hervorbringen könnten. Somit erschließen die jüngsten Forschungsergebnisse von Stachelhaus und Hahn zahlreiche neue Möglichkeiten sowohl für die gezielte als auch die kombinatorische Entwicklung neuartiger Wirkstoffkandidaten.

Thilo Körkel | idw
Weitere Informationen:
http://www.chemie.uni-marburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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