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News: Löcher stanzende Antibiotika

Im Kampf gegen Bakterien zieht die Medizin zunehmend den Kürzeren, denn immer weniger Erreger lassen sich von den verbreiteten Antibiotika noch beeindrucken. Alternativen sind gefragt, aber schwer zu finden. Wissenschaftler haben nun einen künstliches, ringförmiges Molekül entwickelt, das sich in der Bakterienmembran aufeinander stapelt und damit Löcher in die Hülle der Zelle stanzt. Und damit ist ihr Schicksal besiegelt.
Noch helfen Antibiotika gegen die meisten bakteriellen Infektionen – doch immer mehr Erreger werden gegen die gängigen Medikamente resistent. Wissenschaftler sind daher fieberhaft auf der Suche nach Alternativen, mit denen sie den Keimen im Wettlauf wieder einen Schritt voraus sind. Anregungen finden sie auch bei Tieren und Pflanzen, die ebenfalls Substanzen besitzen, mit denen sie sich gegen die Eindringlinge schützen. Einige davon sind Peptide, kleinere Ausgaben von Proteinen – sie sind wie jene aus Aminosäuren aufgebaut, aber die Molekülkette ist deutlich kürzer.

Fast alle dieser Peptide besitzen eine wasserabweisende (hydrophobe) und eine wasserliebende (hydrophile) Seite. Mit der hydrophoben Seite wechselwirken sie mit Fetten und anderen wasserabweisenden Verbindungen. Mit der hydrophilen Seite, die in der Regel positiv geladen ist, reagieren sie mit Wasser oder negativ geladenen Molekülen – wie den Bausteinen einer Bakterienzellmembran: Sie dringen in die Membran ein, lagern sich zusammen und bilden auf diese Weise Poren, was den Erreger letztendlich abtötet.

Dieses Modell haben sich Sara Fernandez-Lopez und ihre Kollegen vom Scripps Research Institute als Vorlage genommen und einen synthetischen Peptidring nachgebaut. Sie verwendeten dafür abwechselnd links- und rechtshändige Aminosäuren, denn so ist ihr Konstrukt sicher vor den Enzymen des Körpers – da natürlicherweise fast ausschließlich die linkshändige Variante auftritt, sind sie nicht in der Lage, den Ring abzubauen. Das Grundgerüst versahen die Forscher dann zusätzlich mit verschiedenen Anhängseln, mit denen sie die Wirksamkeit beeinflussen wollten.

Zunächst testeten die Wissenschaftler die antibiotischen Fähigkeiten ihrer Peptidringe an Bakterienkulturen von Escherichia coli und einem Methicillin-resistenten Stamm von Staphylococcus aureus. Die einzelnen Varianten zeigten sich recht unterschiedlich erfolgreich. Daraufhin wählten Fernandez-Lopez und ihre Kollegen die vielversprechendsten Kandidaten aus und spritzten sie Mäusen, die sie zuvor mit den resistenten Staphylococcus-aureus-Erregern infiziert hatten. Während die Kontrolltiere innerhalb von 48 Stunden starben, überlebten von ihren behandelten Artgenossen 67 Prozent derjenigen, welche die Spritze ins Bauchfell bekommen hatten, sowie 50 Prozent, bei denen die Injektion unter die Haut gesetzt wurde. Dabei zeigten die Tiere keine ernsthaften Nebenwirkungen oder Folgeschäden.

Die Forscher vermuten, dass ihre Peptidringe genauso wirken wie ihre natürlichen Vorbilder: Sie dringen in die Bakterienmembran ein und verteilen sich dort zunächst. Dadurch gerät die Membran unter Spannung, die sich dadurch ausgleicht, dass sich mehrere Ringe übereinander schieben. Ist der Stapel dick genug, öffnet sich dadurch die für den Erreger fatale Pore – der Zellinhalt fließt aus, und die Zelle stirbt ab.

Die neu kreierten Peptidringe haben sogar noch einen Vorteil gegenüber anderen, ähnlichen Nachbauten – sie sind viel kleiner. Und das ist besonders hinsichtlich des Transports im Körper sehr wichtig. Denn im Fall der natürlichen Peptide übernehmen diese Aufgabe weiße Blutkörperchen, welche die Abwehrsubstanzen direkt an den Ort der Infektion bringen. Die künstlichen Nachbauten müssen jedoch selbstständig dorthin gelangen. Und da sind kleine Moleküle sehr viel schneller vor Ort als große.

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  • Quellen
Nature 412: 452–455 (2001)
Nature 412: 392–393 (2001)

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