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 Enzym PKD1 aktiviert die Fettspeicherung
14.01.2019 | Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin der Universität Würzburg

nachricht Mit weniger mehr erreichen: Stammzellen regulieren ihr Schicksal, indem sie ihre Steifigkeit verändern
14.01.2019 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Roter Riesenvollmond in den Morgenstunden des 21. Januar

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg - Frühaufsteher sind diesmal im Vorteil: Wer am Morgen des 21. Januar 2019 vor 6:45 Uhr einen Blick an den Himmel wirft, kann eine totale Mondfinsternis bestaunen. Dann leuchtet der sonst so strahlende Vollmond zwischen den Sternbildern Zwillingen und Krebs glutrot.

Um das Finsternis-Spektakel in seiner gesamten Länge zu verfolgen, muss man allerdings sehr früh aus dem Bett: Kurz nach 4:30 Uhr beginnt der Mond sich langsam...

Im Focus: Atomarer Mechanismus der Supraschmierung aufgeklärt

Das Phänomen der sogenannten Supraschmierung ist bekannt, es war jedoch auf atomarer Ebene bislang nicht zu erklären: Wie entsteht die extrem niedrige Reibung beispielsweise in Lagern? Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Institute IWM und IWS entschlüsselten gemeinsam einen universellen Mechanismus der Supraschmierung bei bestimmten diamantähnlichen Kohlenstoffschichten in Verbindung mit organischen Schmierstoffen. Auf dieser Wissensbasis ist es nun möglich, Designregeln für supraschmierende Schicht-Schmierstoff-Kombinationen zu formulieren. Die Ergebnisse präsentiert ein Artikel der Zeitschrift Nature Communications, Ausgabe 10.

Eine der wichtigsten Grundvoraussetzungen für nachhaltige und umweltfreundliche Mobilität ist, Reibung zu minimieren. Diesem wichtigen Vorhaben widmen sich...

Im Focus: Elucidating the Atomic Mechanism of Superlubricity

The phenomenon of so-called superlubricity is known, but so far the explanation at the atomic level has been missing: for example, how does extremely low friction occur in bearings? Researchers from the Fraunhofer Institutes IWM and IWS jointly deciphered a universal mechanism of superlubricity for certain diamond-like carbon layers in combination with organic lubricants. Based on this knowledge, it is now possible to formulate design rules for supra lubricating layer-lubricant combinations. The results are presented in an article in Nature Communications, volume 10.

One of the most important prerequisites for sustainable and environmentally friendly mobility is minimizing friction. Research and industry have been dedicated...

Im Focus: Feuertaufe bestanden: EU-Partner testen erfolgreich neue Software für Weltraumroboter in Marokko

Rechtzeitig vor Weihnachten wurde die vom Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) im EU-Projekt FACILITATORS koordinierte Mars-analoge Mission in Marokko erfolgreich beendet. Ein Team von mehr als 30 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus elf Ländern erprobte im Rahmen des Strategic Research Clusters (SRC) on Space Robotics Technologies der Europäischen Union von Mitte November bis Mitte Dezember 2018 in der Wüste des Maghreb-Staates Technologien, die zukünftig für die Erkundung von Mars und Mond eingesetzt werden sollen.

Die Region Erfoud nahe der Grenze zu Algerien – bei Touristen auch für ihre eindrucksvollen Sanddünen bekannt – bot für die vierwöchige Feldtestkampagne ideale...

Im Focus: Mission completed – EU partners successfully test new technologies for space robots in Morocco

Just in time for Christmas, a Mars-analogue mission in Morocco, coordinated by the Robotics Innovation Center of the German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI) as part of the SRC project FACILITATORS, has been successfully completed. SRC, the Strategic Research Cluster on Space Robotics Technologies, is a program of the European Union to support research and development in space technologies. From mid-November to mid-December 2018, a team of more than 30 scientists from 11 countries tested technologies for future exploration of Mars and Moon in the desert of the Maghreb state.

Close to the border with Algeria, the Erfoud region in Morocco – known to tourists for its impressive sand dunes – offered ideal conditions for the four-week...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Lasersymposium Elektromobilität in Aachen

11.01.2019 | Veranstaltungen

Die Rolle des Menschen in der digitalisierten Arbeitswelt

10.01.2019 | Veranstaltungen

Vom Verbrenner zum E-Fahrzeug!

09.01.2019 | Veranstaltungen

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

Heilende Wirkung von Radon

14.01.2019 | Medizin Gesundheit

5000 mal schneller als ein Computer

14.01.2019 | Physik Astronomie

Neuartiger Schaltkreis für die Quantenphotonik entwickelt

14.01.2019 | Physik Astronomie

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