Hoffnung auf raffinierte Antibiotika – wissenschaft.de

Auch die Macht der „bösen Jungs“ kann genutzt werden: Forscher berichten, dass ein berüchtigter Krankheitserreger im Zuckerrohr zur Quelle einer neuen Klasse dringend benötigter Antibiotika werden könnte. Sie entschlüsselten den komplexen Mechanismus, mit dem der „Kampfstoff“ des Pflanzenpathogens für uns gefährliche Bakterien abtöten kann. Dies könnte nun den Weg für die Entwicklung von Antibiotika ebnen, gegen die „Krankenhauskeime“ kaum Resistenzen entwickeln, sagen die Forscher.

Die Rede ist von der „Antibiotika-Krise“: Die Wunderwaffen der Medizin verlieren immer mehr an Kraft – einige bakterielle Krankheitserreger haben Resistenzen gegen die gängigen Wirkstoffe entwickelt. Hat man sich mit einem solchen resistenten Keim angesteckt, besteht Lebensgefahr, denn die medizinischen Möglichkeiten nähern sich dann dem Niveau von vor über 100 Jahren. Mittlerweile fallen jährlich Tausende Menschen den hartnäckigen Erregern zum Opfer. Es besteht daher ein dringender Bedarf an alternativen Wirkstoffen zu den bisherigen Antibiotika.

Seit einiger Zeit konzentriert sich die Forschung auf einen Wirkstoff, der aus einer überraschenden Quelle stammt: Er wird vom Pflanzenpathogen Xanthomonas albilineans gebildet, das im Zuckerrohr sogenannte Blattstreifen verursacht, die im Anbau zu schweren Schäden führen. Vermutet wird, dass der Erreger das sogenannte Albicidin nutzt, um die Pflanzen zu schädigen und sich so ausbreiten zu können. Neben seiner Funktion bei der Entwicklung von Blattstreifen entdeckten Forscher bei der Untersuchung des Wirkstoffs auch eine starke antibakterielle Wirkung: Lösungen mit Albicidin töteten viele Keime ab, die beim Menschen Krankheiten verursachen können.

Auch Lesen :  Dead Space Remake bekommt Modus, auf den ich nicht verzichten könnte

Wie wirkt Albicidin?

Es wurde bereits deutlich, dass die Wirkung auf der Störung eines Enzyms beruht, das nur in Pflanzen und Bakterien vorkommt. Mensch und Tier könnte so der Umgang mit dem Stoff erspart bleiben. Dem Einsatz von Albicidin für die Entwicklung von Antibiotika steht bislang jedoch die Unklarheit entgegen, wie der Wirkstoff das bakterielle Enzymsystem hemmt. Wie das internationale Team unter Beteiligung von Forschern der TU Berlin jetzt berichtet, ermöglichten Fortschritte in der Technologie der Kryo-Elektronenmikroskopie die entscheidenden Erkenntnisse. Durch die Untersuchung tiefgefrorener Protein-DNA-Komplexe konnten die Wissenschaftler die komplexen Mechanismen, die der Albicidin-Wirkung zugrunde liegen, im Detail sichtbar machen.

Wie die Forscher erklären, richtet sich der Wirkstoff gegen ein Protein, das sowohl in Pflanzen als auch in Bakterien vorkommt und als DNA-Gyrase bezeichnet wird. Dieses Enzym bindet an DNA und verdreht sie – ein wesentlicher Prozess, damit Zellen richtig funktionieren. Dazu muss die Gyrase die DNA-Doppelhelix kurz durchschneiden. Das ist ein heikler Punkt, denn gebrochene DNA wäre für Zellen tödlich. Normalerweise setzt die Gyrase bei ihrer Arbeit die beiden DNA-Stücke schnell wieder zusammen. Genau an dieser Stelle greift Albicidin ein, wie sich nun aus dem eiszeitlichen Verständnis des Mikrokosmos ergibt.

Auch Lesen :  Genderbias: Warum Frauen in Autismus-Studien unterrepräsentiert sind

Raffiniertes Blockieren mit Potenzial

Es wurde festgestellt, dass das Albicidin eine L-Form bildet, die es ihm ermöglicht, auf raffinierte Weise sowohl mit der Gyrase als auch mit der DNA zu interagieren. In diesem Zustand kann sich das Enzym nicht mehr bewegen, um die DNA-Enden zu verbinden, erklären die Wissenschaftler. Demnach ist die Wirkung von Albicidin vergleichbar mit einem dicken Element, das zwischen zwei Werkzeugen fixiert wird. „Es war ein großes Privileg zu sehen, wie das Molekül an sein Ziel gebunden ist und wie es funktioniert“, sagt Co-Autor Dmitry Ghilarov von der Jagiellonen-Universität in Krakau und dem John Innes Center in Norwich.

Ein wichtiger Aspekt ist den Forschern zufolge, dass sich der Wirkmechanismus von Albicidin deutlich von dem herkömmlicher Antibiotika unterscheidet. Somit könnten das Molekül und seine Derivate wahrscheinlich gegen viele der derzeitigen antibiotikaresistenten Bakterien wirksam sein. „Außerdem ist es aufgrund der Art der Wechselwirkung verständlich, dass Albicidin es Bakterien erschwert, Resistenzen zu entwickeln“, sagt Ghilarov. „Jetzt, da wir die Struktur verstehen, können wir versuchen, diese Bindungstasche weiter auszunutzen und die Substanz weiter zu modifizieren, um ihre Wirksamkeit und pharmakologischen Eigenschaften zu verbessern“, erklärt Ghilarov.

Auch Lesen :  Samsung-QLED in 55 Zoll zum Superpreis bei MediaMarkt am Black Friday

Auch hier können die Forscher bereits Erfolge vorweisen: Mit ihren Entdeckungen konnten sie Varianten des Antibiotikums mit verbesserten Eigenschaften chemisch synthetisieren. In ersten Labortests erwiesen sie sich in geringen Konzentrationen als wirksam gegen einige der gefährlichsten bakteriellen Krankheitserreger. Das Team hofft, die Forschung bald in klinische Studien am Menschen überführen zu können. Dies könnte zur Entwicklung einer neuen Klasse von Antibiotika führen, die aufgrund der globalen Bedrohung durch antimikrobielle Resistenzen dringend benötigt wird. „Wir glauben, dass dies einer der aufregendsten neuen Antibiotikakandidaten seit vielen Jahren ist“, schließt Ghilarov.

Quelle: John Innes Centre, TU Berlin, Artikel: Nature Catalysis, doi: 10.1038/s41929-022-00904-1

Source

Leave a Reply

Your email address will not be published.

In Verbindung stehende Artikel

Back to top button