Antibiotikaforschung der Zukunft – Spione aus Zucker

Die Wirkung von herkömmlichen Antibiotika auf Krankheitserreger nimmt immer mehr ab mit, zum Teil dramatischen, Folgen für betroffene Patienten. Die medizinische Forschung beschreitet daher neue Wege auf der Suche nach antibiotischen Wirkstoffen zur Bekämpfung von bakteriellen Infektionen.

Derzeit im Blickpunkt des Interesses steht eine bislang neue Technik zur Erforschung des bakteriellen Stoffwechsels. Hierbei werden Bakterien mit Nährstoffen gefüttert, die auf atomarer Ebene verändert worden sind. Anschließend werden die Keime untersucht. Aus den Ergebnissen lassen sich konkrete Rückschlüsse ziehen auf den Stoffwechsel jedes einzelnen Erregers und somit auf dessen Achillesferse.

Wie Antibiotika wirken

Der Unterschied macht’s. Denn Bakterien haben einen völlig anderen Stoffwechsel als wir Menschen, was sich die Medizin zunutze macht. Dies tut sie, indem sie Schritte im Bakterienstoffwechsel aufspürt, die für das Bakterium, nicht jedoch für den Menschen wichtig sind. Mit Hilfe von Medikamenten, die nur diesen einen Stoffwechselschritt blockieren, kann anschließend der Erreger bekämpft werden ohne dass der Mensch dabei zu Schaden kommt. Nach diesem Prinzip haben Antibiotika zumindest bisher funktioniert. In den letzten Jahren jedoch häufen sich die Warnmeldungen über therapieresistente Stämme, die auf herkömmliche Antibiotika nicht mehr reagieren. Um neue, wirksame Substanzen zu entwickeln, sind Forscher daher darauf angewiesen, so viel als möglich über den Stoffwechsel jeder einzelnen Bakteriengattung in Erfahrung zu bringen. Nur so können sie weitere Achillesfersen bei den krank machenden Keimen aufdecken.

Der Lösungsansatz

Ein Team von Wissenschaftlern der Technischen Universität München unter der Leitung von Dr. Wolfgang Eisenreich ist diesem Ziel nun einen großen Schritt näher gekommen. Es ist ihnen gelungen, ein neues Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe die Geheimnisse bakterieller Stoffwechselvorgänge bald schon entschlüsselt sein könnten. Die Rede ist vom sogenannten Isotopolog- Profiling. Dazu werden die Bakterien mit Isotopologen gefüttert. Das sind Zuckermoleküle, deren Atomstruktur gezielt verändert worden ist. Zuckermoleküle bestehen aus Kohlenstoffatomen, welche typischerweise die Massenzahl zwölf aufweisen. Es gibt jedoch in der Natur Kohlenstoffatome, die ein Neutron mehr besitzen, also die Massenzahl dreizehn haben und damit auch ein erhöhtes Gewicht. Die Bakterien verstoffwechseln die veränderten Moleküle zu Zuckern, Fetten und Eiweißen, die sie für ihr Überleben benötigen. Anschließend werden sie abgetötet und unter die Lupe genommen.

Bakterien auf der Waage

Dazu bedienen sich die Forscher der sogenannten Massenspektrometrie, bei der die neu entstandenen Moleküle nach ihrem Gewicht aufgeteilt und optisch dargestellt werden. Hat ein Bakterium nun ein 13- C- Atom in eines seiner Moleküle eingebaut, so wiegt dieses Molekül ein winziges bisschen mehr als eines, das an der selben Stelle nur ein 12- C- Atom enthält. Dieser Gewichtsunterschied ist es, den die Wissenschaftler sich zunutze machen. Mithilfe einer Magnetresonanz- Analyse bestimmen sie die genaue Position des veränderten Kohlenstoffatoms im Molekül, indem sie dieses einem starken Magnetfeld aussetzen. Danach wissen die Forscher genau, an welchen Stellen der unterschiedlichen Stoffwechselprodukte das Bakterium die schwereren 13- C- Atome eingebaut hat. Alles weitere macht der Computer.Dieser berechnet nun alle möglichen Entstehungswege, auf denen aus den präparierten Zuckern die Endprodukte entstanden sein könnten. Dabei vergleicht er seine Ergebnisse ständig mit dem tatsächlichen Verteilungsmuster der markierten Atome, bis er den Syntheseweg in allen Zwischenschritten bis hin zum Stoffwechselendprodukt aufgedeckt hat. Aus den so gewonnenen Erkenntnissen über den Bakterienstoffwechsel lassen sich dann jene Schlüsselschritte identifizieren, die zur Entwicklung neuer und wirksamer Antibiotika notwendig sind.

Ein Forschungsansatz macht Schule

So hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft das Verfahren schon zu einem Forschungsschwerpunkt erklärt und 780 000 Euro für weitere Forschungen zur Verfügung gestellt. Aber auch das Bayerische NMR-Zentrum Garching und die Hans-Fischer-Gesellschaft unterstützten das Projekt. Erste Ergebnisse liegen mittlerweile auch vor und geben Anlass zur Hoffnung. So wurden bereits neue Angriffsflächen bei Bakterien und somit auch neue Ansatzpunkte zur Erstellung antibiotischer Substanzen gefunden.

Über denkbonus

Politischer und religiöser Freidenker | Grobstofflich | Wer sein Bewußtsein erweitern will, muss zuerst welches besitzen
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