Eröff­nung neu­er Mög­lich­kei­ten für Antibiotika

Bei der Unter­su­chung des Mem­bran­pro­te­ins FoxB in dem Kran­ken­haus­keim „Pseu­do­mo­nas aeru­gi­no­sa“ hat ein For­schungs­team des Fach­be­reichs Che­mie der Uni­ver­si­tät Ham­burg her­aus­ge­fun­den, dass es dabei betei­ligt ist, Eisen von der Umwelt in die Bak­te­ri­en zu trans­por­tie­ren. Die Ergeb­nis­se könn­ten dabei hel­fen, Anti­bio­ti­ka ziel­ge­rich­te­ter in die die Zel­len der Kei­me zu tra­gen und wur­den in der Fach­zeit­schrift Pro­cee­dings of the Natio­nal Aca­de­my of Sci­en­ces (PNAS) veröffentlicht.
Die meis­ten Mikro­or­ga­nis­men wie Bak­te­ri­en, Viren und Pil­ze benö­ti­gen Eisen zum Über­le­ben. Aller­dings ist die­ses auf­grund sei­ner phy­si­ka­lisch-che­mi­schen Eigen­schaf­ten schwer lös­lich, so dass es über die Mem­bra­nen nicht auf­ge­nom­men wer­den kann. Vie­le Bak­te­ri­en­ar­ten sowie eini­ge Pil­ze sind des­halb in der Lage, soge­nann­te Side­ro­pho­re zu bil­den, die in der Lage sind, Eisen­io­nen zu bin­den und sie in einem lös­li­chen Zustand hal­ten. Sobald ein sol­cher Kom­plex gebil­det ist, kön­nen die gebun­de­nen Eisen­kom­ple­xe über die äuße­re Mem­bran von den Bak­te­ri­en auf­ge­nom­men wer­den. Der anschlie­ßen­de Weg der Mole­kül­kom­ple­xe durch die inne­re Mem­bran der Bak­te­ri­en unter­schei­det sich jedoch bei vie­len Arten und ist oft­mals nicht im Detail bekannt.
Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler des Fach­be­reichs Che­mie der Uni­ver­si­tät Ham­burg haben den Weg der Mole­kül­kom­ple­xe nun in dem Stäb­chen­bak­te­ri­um Pseu­do­mo­nas aeru­gi­no­sa (P. aeru­gi­no­sa) ana­ly­siert. P. aeru­gi­no­sa ist ein Keim, der in feuch­ten Milieus wie Duschen, Wasch­be­cken oder Beatmungs­schläu­chen vor­kommt. Er kann in eini­gen Des­in­fek­ti­ons­mit­teln über­le­ben, ist gegen bestimm­te Anti­bio­ti­ka resis­tent und zählt zu den häu­figs­ten Kran­ken­haus­kei­men. Zum Spek­trum der durch P. aeru­gi­no­sa aus­ge­lös­ten Erkran­kun­gen zäh­len unter ande­rem Pneu­mo­nien, Harn­wegs- und Haut­in­fek­tio­nen sowie Infek­tio­nen des Auges.
Für die Stu­die hat das For­schungs­team die Struk­tur des Mem­bran­pro­te­ins FoxB von P. aeru­gi­no­sa ana­ly­siert und her­aus­ge­fun­den, dass es bei der Auf­nah­me von Eisen betei­ligt ist. Unter­stützt hat dabei auch die künst­li­che Intel­li­genz namens AlphaFold2, die von For­sche­rin­nen und For­schern der bri­ti­schen Fir­ma Deep­Mind ent­wi­ckelt wur­de. Sie kann die Struk­tu­ren von Mole­kü­len prä­zi­se vor­her­sa­gen und half den Ham­bur­ger For­sche­rin­nen und For­schern, den Auf­bau und damit auch die Funk­ti­on von FoxB zu entschlüsseln.

„Es hat sich gezeigt, dass FoxB kein Trans­port­pro­te­in ist, son­dern eine Redukta­se. Es redu­ziert Eisen-III zu Eisen-II, so dass die­ses dann durch die inne­re Mem­bran auf­ge­nom­men wer­den kann.“
— Hen­ning Tidow, Pro­fes­sor am Fach­be­reich Che­mie der Uni­ver­si­tät Hamburg

Die Auf­lö­sung der Struk­tur sowie die Funk­ti­on könn­te auch einen neu­en Weg dar­stel­len, Anti­bio­ti­ka ziel­ge­rich­tet in die Zel­len der Bak­te­ri­en zu brin­gen: Die Struk­tur­un­ter­su­chun­gen des For­schungs­teams sowie vor­her­ge­hen­de Arbei­ten zum Trans­port durch die äuße­re Mem­bran haben erge­ben, dass die Bin­de­stel­len für das Side­ro­phor aus­rei­chend Platz bie­tet, um ein Anti­bio­ti­kum anzu­do­cken. Die­ses könn­te dann zusam­men mit dem Kom­plex durch die Mem­bra­nen trans­por­tiert und so spe­zi­fisch von den Zel­len auf­ge­nom­men werden.
„Das ist auf jeden Fall ein Ansatz, den wir wei­ter­ver­fol­gen wer­den“, sagt Tidow. „Die Fra­ge ist, ob es in der Zel­le wie­der von dem Kom­plex abge­spal­ten wer­den kann und dort auch bleibt. In der Regel gehen Anti­bio­ti­ka gut in Zel­len her­ein, wer­den aber schnell wie­der ent­fernt. Das wird eine der Her­aus­for­de­run­gen für uns werden.“