24/05/2012 - Mehr Möglichkeiten für die Entwicklung von personalisierten Arzneimitteln

Menéame

Wissenschaftler aus Deutschland und den Vereinigten Staaten haben die Struktur bestimmter Bakterielle alicyclische Löcher Atomauflösung.

Dies könnte zur Entwicklung von personalisierte Arzneimittel und Strategien zur Verhinderung einer bakteriellen Infektion, deren Gefährlichkeit darin besteht, dass diese durch ein Einspritzsystem auftritt.

Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Natur, und seine Forschung wurde mit Mitteln aus dem BIO-NMR-Projekt (MNR) finanziert, das mit rund 9 Mio. EUR aus dem Thema "Forschungsinfrastruktur" des Siebten Rahmenprogramms (RP7) der Europäischen Union finanziert wurde.

Studienergebnisse

Die Forscher, die die Studie unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Biophysik (Deutschland) durchführten, behaupten, dass Bakterien molekulare Substanzen in den Wirtszellen durch nadelähnliche Strukturen freisetzen und somit eine Immunantwort spotten.

In ihrer Arbeit entschlüsselten sie die Struktur dieser Nadel und stellten fest, dass aus der bakteriellen Membran Hunderte von kleinen Hohlnadeln entstehen, eine große Ressource, die für die enorme Gefahr von Krankheiten wie Pest oder Cholera verantwortlich ist. Diese winzigen Nadeln, die aus einer Struktur in der Membran entstanden sind, bilden das System der Sekretion Typ III, ein bakterielles Gerät, das von Krankheitserregern verwendet wird, um molekulare Substanzen in die Wirtszelle einzubringen.

Die injizierten Substanzen verändern verschiedene wesentliche Stoffwechselprozesse und behindern die Immunabwehr infizierter Zellen, erklären die Forscher. Dieses Verfahren führt zu Tode, während die Krankheitserreger durch den Körper gehen und jede Art von Verteidigung ausweichen, die ihnen im Weg steht.

Die derzeit verschriebenen Medikamente sind auf die Bekämpfung von Infektionen beschränkt, aber es gibt Bakterienstämme, die Resistenz gegen diese Antibiotika entwickeln können, was zur Entwicklung spezifischerer pharmakologischer Behandlungen führt.

Bisher war es niemandem gelungen, Informationen über die spezifische Struktur dieser Nadeln zu liefern, die zwischen 60 und 80 Nanometer lang und 8 Nanometer breit. Konventionelle Werkzeuge wie Röntgenkristallographie oder elektronische Mikroskopie hatten versagt oder falsche Modellstrukturen produziert, und da die Nadel nicht kristallisiert oder löslich ist, war jeder Versuch, ihre Atomstruktur zu dekodieren, erfolglos.

Das oben genannte wissenschaftliche Team hat nun die Produktion der Nadel im Labor mit soliden RMN-Spektroskopien, elektronischer Mikroskopie und Computermodellierung kombiniert. So entschlüsselten sie die Struktur der Nadel Atom zu Atom und bildeten das erste Bild ihrer molekularen Architektur auf Angstroms-Skala, eine Auflösung von weniger als einem Zehntel eines Millimeters.

„Bei der Probenproduktion und der Festkörper-NMR-Spektroskopie haben wir einen gewaltigen Schritt gemacht“, erklärte Adam Lange aus der Abteilung für NMR-basierte Strukturbiologie des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie, der Hauptautor der Studie. „Außerdem konnten wir eines der leistungsfähigsten Festkörper-NMR-Spektrometer nutzen, das in der Abteilung für NMR-basierte Strukturbiologie von Christian Griesinger an unserem Institut steht.“ Mit 20 Tesla ist das Magnetfeld dieses 850-Megahertz-Spektrometers rund 400.000-mal stärker als das der Erde. „Es war überraschend, die Struktur der Nadeln zu sehen“, gestand Dr. Lange.

Das Innere der Nadeln hat Ähnlichkeiten, aber an ihrer Außenseite sind Unterschiede zu erkennen. Dieses Ungleichgewicht könnte das Werkzeug sein, das von Bakterien verwendet wird, um zu verhindern, dass sie vom Immunsystem des Wirts erkannt werden. Veränderungen an der Nadeloberfläche führen zu Schäden an diesem System, da sie die Identifizierung des Erregers verhindern. Die Arbeit könnte dazu dienen, das Spritzensystem zu blockieren und den Vormarsch der Bakterien zu stoppen.

Dank der neuen Technik können wir große Mengen an Nadeln im Labor herstellen, sagte Stefan Becker, auch vom RMN-basierten Institut für Biophysik und Koautor Max Planck. ● Unser Ziel ist es, ab jetzt eine hochleistungsfähige Methode zu entwickeln, die es uns ermöglicht, neue Agenten zu finden, die die Bildung der Nadel verhindern.

An der Studie nahmen Experten des Max-Planck-Instituts für Infektionsbiologie (Deutschland) und der University of Washington (USA) teil.

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Weitere Informationen:

·         Max-Planck-Institut für Biophysik

·         Natur

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