Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues Diagnosetool optimiert artfremde Organtransplantationen

04.12.2017

Forscher des HZI und HIPS entdecken bakterielles Protein. welches Immunogene Zuckermoleküle auf Schweinezellen erkennt.

Zuckermoleküle stellen im Körper wichtige Signale mit einem hohen Informationsgehalt dar und sind an vielen biologischen Prozessen wie der Anheftung von Bakterien an Wirtszellen oder der Bildung von Biofilmen beteiligt.


PIIA im Komplex mit dem Kohlenhydrat Raffinose. © Beshr et al. 2017

© Beshr et al. 2017


Flourescein-markierte Lektine erkennen Zucker auf Schweinezellen.

© Beshir et al. 2017

Die Rezeptoren, die diese Zucker erkennen können, sind spezielle Proteine – die Lektine. Forscher des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS), einem Standort des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI), haben jetzt ein besonderes Lektin beim Bakterium Photorhabdus luminescens identifiziert. Es hat eine besonders hohe Spezifität für die Zuckerstruktur „α-Gal“, die auf Zellen von Schweinen und Neuweltaffen gebildet wird.

Die neuen Erkenntnisse haben eine große Bedeutung für Gewebetransplantationen vom Schwein auf den Menschen: Dafür müssen die transplantierten Zellen gentechnisch verändert werden, um eine heftige Immunreaktion auf α-Gal, das auch Xenoantigen genannt wird, zu vermeiden. Das neu entdeckte Lektin könnte zukünftig als Diagnosetool und zur Qualitätskontrolle eingesetzt werden. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher jetzt im Fachjournal Journal of Biological Chemistry.

Zuckererkennende Proteine, die Lektine, sind als Virulenzfaktoren bei zahlreichen Bakterien, wie den hartnäckigen Problemkeimen Pseudomonas aeruginosa, weit verbreitet. Sie erleichtern es den Mikroorganismen, sich an den Wirt anzuheften, um ihn zu infizieren.

Dies motivierte Dr. Alexander Titz, der die Nachwuchsgruppe „Chemische Biologie der Kohlenhydrate“ des HZI und am Deutschen Zentrums für Infektionsforschung leitet, Lektine von verschiedenen Bakterien miteinander zu vergleichen: „Uns interessierte, ob es weitere Lektine bei anderen Bakterienarten mit einer hohen Spezifität für spezielle Zucker gibt.“

Dazu durchforsteten die Forscher um Titz Sequenzdatenbanken und suchten – ausgehend vom Lektin der Pseudomonaden – nach weiteren zuckerbindenden Proteinen. Sie wurden fündig: Eine sehr enge Sequenzhomologie der Proteine fanden sie beim Bakterium Photorhabdus luminescens.

Die Photorhabdus-Bakterien leben symbiotisch in Fadenwürmern und befallen größere Organismen. „Das Photorhabdus-Lektin weist überraschenderweise eine sehr hohe Spezifität für die Zuckerstruktur α-Gal auf, die bei Schweinen und Neuweltaffen zu finden ist“, sagt Alexander Titz. „Wir sind zwar fündig geworden, aber uns interessierte, wie das genau funktioniert.“

Licht ins Dunkel brachte die Kooperation mit Dr. Jesko Köhnke, Leiter der HIPS-Nachwuchsgruppe „Strukturbiologie Biosynthetischer Enzyme“. „Wir konnten die Kristallstruktur des neuen Lektins – gebunden an verschiedene Zucker – aufklären und damit seine Bindeeigenschaften verstehen“, sagt Köhnke.

Die Fragestellung der beiden Arbeitsgruppen, die sich eigentlich aus der Grundlagenforschung ergab, hat nun überraschenderweise zu einer sehr kliniknahen Anwendung als Diagnosetool geführt. Der spezielle Zucker α-Gal, den das Photorhabdus-Lektin erkennt, spielt eine wichtige Rolle bei Organtransplantationen von artfremden Geweben auf den Menschen.

Durch den Mangel an menschlichen Organspenden werden häufig auch Gewebe vom Schwein, zum Beispiel Herzklappen, transplantiert. Schweinezellen haben normalerweise α-Gal auf ihrer Oberfläche. Dies wird vom menschlichen Immunsystem erkannt und führt zu heftigen Abwehrreaktionen des Körpers. Durch moderne Methoden der Gentechnik sind Schweinezellen entstanden, die kein α-Gal mehr auf ihrer Oberfläche haben. Doch der Erfolg dieser Methoden muss überwacht werden:

Als Qualitätskontrolle könnte in diesem Zusammenhang das Photorhabdus-Lektin eingesetzt werden, um zu kontrollieren, ob wirklich kein α-Gal mehr vorhanden ist. Bisher wurde dafür ein Agens der afrikanischen Pflanze Griffonia simplicifolia eingesetzt, welches allerdings kompliziert aus der Pflanze isoliert werden muss. Das hier neu beschriebene Lektin lässt sich vergleichsweise einfach und günstig herstellen und wurde zu diesen Zwecken erfolgreich von der Forschungsgruppe um Prof. Eckhard Wolf an der Tierärztlichen Fakultät der Ludwig-Maximilians-Universität München getestet.

Die HIPS-Forscher schließen auch einen breiteren Einsatz des Diagnosetools für α-galaktosylierte Zucker nicht aus. „Das ABO-Blutgruppensystem des Menschen ist ebenfalls über Zucker definiert. Hier könnte das Lektin von Photorhabdus auch als neues Typisierungssystem eingesetzt werden“, sagt Titz.

Originalpublikation:
Ghamdan Beshr, Asfandyar Sikandar, Eva-Maria Jemiller, Nikolai Klymiuk, Dirk Hauck, Stefanie Wagner, Eckhard Wolf, Jesko Koehnke, Alexander Titz: Photorhabdus luminescens lectin A (PIIA) – a new probe for detecting α-galactoside-terminating glycoconjugates. Journal of Biological Chemistry, 2017 DOI: 10.1074/jbc.M117.812792

Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung:
Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchen Wissenschaftler die Mechanismen von Infektionen und ihrer Abwehr. Was Bakterien oder Viren zu Krankheitserregern macht: Das zu verstehen soll den Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe liefern. www.helmholtz-hzi.de

Weitere Informationen:

http://www.jbc.org/content/early/2017/09/28/jbc.M117.812792 - Link zur Publikation
https://www.helmholtz-hzi.de/de/aktuelles/news/ansicht/article/complete/neues_di... - Link zur Pressemitteilung
http://www.helmholtz-hzi.de - LInk zur HZI-Webseite

Susanne Thiele | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen
17.08.2018 | Leibniz Universität Hannover

nachricht Forschende entschlüsseln das Alter feiner Baumwurzeln
17.08.2018 | Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

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: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

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