Tricks von resistenten Bakterien entschlüsseln

Publikation in Nature Scientific Reports

06.01.2016 – Biochemiker und Pharmazeuten der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf haben die Struktur eines Enzyms entschlüsselt, mit welchem sich resistente Bakterien gegen antibakteriell wirkende Eiweißstoffe (sogenannte Lantibiotika) schützen. Sie hoffen, dieses NSR-Enzym ausschalten zu können, um die auch für den Menschen gefährlichen Keime zu bekämpfen. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Online-Publikation Nature Scientific Reports.

„Lantibiotika“ sind kleine, antimikrobiell wirkende Eiweißverbindungen. Sie können Bakterien zerstören, die auch für den Menschen gefährlich sind. Dabei greifen Lantibiotika besonders gezielt gerade Krankheitskeime an. In Lantibiotika setzt man somit große Hoffnungen als neue Wirkstoffe gegen Infektionen. Ein weiteres Einsatzfeld ist die Lebensmittelindustrie: Das Lantibiotikum Nisin, welches vom Milchsäurebakterium L. lactis produziert wird, wird als Konservierungsmittel eingesetzt.

Verschiedene Krankheitskeime wie etwa Streptococcus agalactiae – der unter anderem Lungenentzündungen und Blutvergiftungen auslösen kann – sind aber resistent gegen Lantibiotika. Diese Keime produzieren ihrerseits das Enzym NSR (Nisin Resistance Protein), welches Nisin gezielt spalten und somit inaktivieren kann.

Die Arbeitsgruppen um Dr. Sander Smits (Institut für Biochemie) und Prof. Dr. Holger Gohlke (Institut für Pharmazeutische und Medizinische Chemie) haben nun erstmals die dreidimensionale Struktur des NSR-Enzyms aufgeklärt. Die Forscher der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf setzten die Röntgenstrukturanalyse ein. Hierbei wird ein Kristall aus dem Protein erzeugt und dieser mit Röntgenstrahlen bestrahlt. Aus dem sich ergebenden Beugungsmuster berechnen die Forscher die räumliche Struktur des Proteins. Mit Computersimulationen und Mutationsstudien fanden sie zudem heraus, wie Nisin an das NSR-Enzym bindet und somit, wie das Enzym das Lantibiotikum zerstört.

Ziel der Forschung ist es, mit diesen Informationen Schwachstellen des NSR-Enzyms zu identifizieren, um das Enzym an der Zerstörung des Nisins und somit Krankheitskeime an der Resistenzausbildung zu hindern. Gelingt dies und können daraus geeignete Modifikationen der Lantibiotika oder Zusatzstoffe entwickelt werden, können Lantibiotika zu vielversprechende Kandidaten für die Infektionstherapie auch von resistenten Keimen werden. Damit kann dann eines der großen Problemfelder gerade auch in der Versorgung von Krankenhauspatienten angegangen werden.

Originalpublikation

Khosa, S., Frieg, B., Mulnaes, D., Kleinschrodt, D., Hoeppner, A., Gohlke, H., Smits, S.H.J., Structural basis of lantibiotic recognition by the nisin resistance protein from Streptococcus agalactiae, Sci. Rep.   2016, 6, 18679.

http://www.nature.com/articles/srep18679

Kontakt

Dr. Sander Smits
Institut für Biochemie
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Tel.: +49-(0)211 81-12647
sander.smits@hhu.de

Prof. Dr. Holger Gohlke
Institut für Pharmazeutische und Medizinische Chemie
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Tel.: +49-(0)211 81-13662
gohlke@hhu.de
http://cpclab.uni-duesseldorf.de/

Dr.rer.nat. Arne Claussen
Stabsstelle Kommunikation

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
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