Spezifische Ankermoleküle für porenbildende antibiotische Peptide - Potenzierung der Aktivität durch Kombination von Wirkmechanismen in einem Molekül
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Lipid-gebundene Zellwandbaustein Lipid II ist ein sehr wichtiges Target für Antibiotika. Wir konnten zeigen, dass zahlreiche antibiotische Peptide, sowohl bakterielle Peptide (Lantibiotika, Bacteriocine) als auch Peptide des angeborenen Immunsystems höherer Organismen (Defensine), Lipid II binden und damit die Zellwandbiosynthese der Bakterien blockieren. Abhängig von den biophysikalischen Eigenschaften der Peptide können die zellulären Konsequenzen der Lipid II Bindung unterschiedlich sein; sie reichen von der reinen Blockierung des Zellwandbausteins und Unterbrechung des Zellwandsynthese-Zyklus (z.B. bei dem Defensin Plectasin), über zusätzliche Membran-Schädigungen und Delokalisierung von Lipid II durch mehr oder minder starkes Eintauchen der Peptide in die Membran (z.B. bei dem humanen Defensin hBD3 und dem Lantibiotikum Epidermin) bis hin zur Nutzung des Lipid II als Ankermolekül für die Ausbildung einer stabilen, langlebigen Pore (z.B. durch das Lantibiotikum Nisin). Diese Kombination von zwei Wirkmechanismen, Zellwandbiosynthese-Hemmung in Verbindung mit Porenbildung führt zu einer Potenzierung der antibiotischen Wirkung. Nachdem es uns gelungen war, Lipid II in größerer Menge rein darzustellen, konnten wir es in Modellmembranen einbauen und seine Interaktionen mit den Antibiotika detailliert beschreiben. Es war erstaunlich, wie sehr sich die Wirkung der untersuchten antibiotischen Peptide und die Wirkung von Glykopeptid-Antibiotika ähnlich sind, die als Reserve- Antibiotika in der Klinik eingesetzt werden. Die größte Überraschung war sicherlich, dass Defensine mit einer CSαβ Faltung, die bei vielen Pilzen und bei praktisch allen Invertebraten, aber auch bei Wirbeltieren und Säugern vorkommen, z.B. das humane Beta-Defensin 3 (hBD3), ihre antibiotische Wirkung entgegen der gängigen Modellvorstellungen durch Blockierung von Lipid II entfalten. Da diese Defensine bei höheren Organismen neben der direkten Antibiotika-Wirkung viele wichtige Funktionen in der angeborenen Immunantwort haben ergeben sich neue Strategien für die Entwicklung innovativer Antiinfektiva. Weiterhin konnten wir Enzymassays für solche Membran-gebundene Enzyme aufbauen, die das Lipid II synthesieren (MraY, MurG) oder weiter verarbeiten (FemXAB, PBP2). Mit diesen in vitro Assays konnten zum ersten Mal kinetische Details der Enzymreaktionen beschrieben und der Wirkort von neuen Antibiotika, die die Membran-gebundenen Schritte der Zellwandbiosynthese hemmen, genau identifiziert werden. Diese Teste waren für die Beweisführung im Rahmen der Untersuchungen der Defensin-Wirkung äußerst wichtig. Die Ergebnisse insbesondere zu den Defensinen haben breite Aufmerksamkeit erhalten; die Pressemitteilung der Universität Bonn zum Plectasin erschien in zahlreichen Versionen im Internet; sie führte zu einem Stichwort in Wikipedia und zu Beiträgen in TV Gesundheits- und Wissenschaftsmagazinen (z.B. 3Sat „nano“, und NDR „Visite“) http://www.3sat.de/page/?source=/nano/medizin/147811/index.html http://www.ndr.de/ratgeber/gesundheit/infektion immunsystem/antibiotika113.html
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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