Zucker schützt Zellen vor Bakterieninvasion

11. Juli 2014
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Kein Zugang für Bakterien: Wissenschaftlern ist es nun gelungen, dem Krankenhauskeim Pseudomonas aeruginosa mit einem Zuckerwirkstoff den Eintritt in Wirtszellen zu verwehren.

Dr. Thorsten Eierhoff und Juniorprofessor Dr. Winfried Römer vom Institut für Biologie II, Mitglieder des Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg, haben in Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen um Prof. Dr. Nicolas Winssinger von der Universität Genf/Schweiz und Dr. Anne Imberty von der Universität Grenoble/Frankreich einen Zuckerkomplex identifiziert, der das Bakterienprotein LecA bindet. Dieses Protein ermöglicht es dem Bakterium Pseudomonas aeruginosa, in menschliche Lungenzellen einzudringen.

Der Krankenhauskeim Pseudomonas aeruginosa kann bei Menschen mit geschwächtem Immunsystem oder chronisch Kranken unter anderem Haut- und Lungenentzündungen hervorrufen. Zudem sind diese Bakterien oft gegen Antibiotika resistent. In Zellkultur wiesen die Forscher nach, dass die Keime, die mit dem Wirkstoff behandelt wurden, zu 90 Prozent weniger in menschliche Lungenzellen eindringen.

Das Protein LecA bindet den Zucker Galaktose auf Wirtszellen. Das Bakterium heftet sich so an die Wirtszelle und dringt in sie ein. Das führt dazu, dass sich das Bakterium im Körper ausbreiten kann. Die Forscher haben ein Molekül entwickelt, das LecA daran hindert, an die Galaktose der Wirtszellrezeptoren anzudocken: Zu diesem Zweck bindet das Molekül selbst mit hoher Passgenauigkeit an das Bakterienprotein. Die Arbeitsgruppe um Imberty konnte darstellen, wie die Interaktion zwischen dem Zucker und dem LecA-Protein auf Molekülebene aussieht. „Der Wirkstoff ist genau auf LecA zugeschnitten: Ein Gerüst von organischen Molekülen bringt zwei Galaktosezucker in den richtigen Abstand zueinander, sodass sie exakt in zwei Bindungsstellen des LecA auf der Bakterienzelle passen“, erklärt Eierhoff. Der Wirkstoff ähnelt einem Stecker aus Galaktosezuckern, der in die Steckdose von LecA hineinpasst. Dabei wirkt er wie eine Schutzkappe: Die Pseudomonas-Bakterien können somit nicht mehr in die Wirtszelle eindringen.

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Die Forscher haben ein Molekül entwickelt, das mit großer Genauigkeit an LecA bindet und das Bakterienprotein so daran hindert, an Zellrezeptoren anzudocken. © Bildquelle: Nicolas Winssinger, modifiziert von BIOSS

Welcher Stecker passt?

Das passgerechte Molekülgerüst fand die Arbeitsgruppe des Chemikers Winssinger. Moleküle, die als potenzielle Bindungspartner in Frage kamen, wurden auf einem Chip angeordnet. Das erlaubte den Wissenschaftlern, viele Proben gleichzeitig zu testen. Sie beobachteten, welcher Stecker am besten an das Protein LecA passte. Die Arbeitsgruppe von Römer testete das passende Molekül in Zellkultur, um zu messen, wie viele Bakterien es noch schafften, unter der Wirkung des Steckers in Zellen einzudringen.

Die Bindung über LecA an Wirtszellen ist ein bedeutender Invasionsweg für die Keime in menschliche Lungenzellen. Bei Patienten mit zystischer Fibrose ist Pseudomonas aeruginosa für circa 80 Prozent der Todesfälle durch Lungenentzündungen verantwortlich. Mit den Erkenntnissen der Forschergruppen ließe sich nun ein neuer, passgenauer Wirkstoff entwickeln, der den Erreger wesentlich abschwächt.

Originalpublikation:

A LecA Ligand Identified from a Galactoside-Conjugate Array Inhibits Host Cell Invasion by Pseudomonas aeruginosa
Nicolas Winssinger et al.; Angewandte Chemie, doi: 10.1002/ange.201402831; 2014

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