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News: Moderne Waffen im Kampf gegen Mikroben

Bakterien werden gegen immer mehr herkömmliche Antibiotika resistent. Doch die Wissenschaftler sind rechtzeitig auf die Gefahr aufmerksam geworden und entwickeln neue Methoden, Krankheitserreger effektiv und gezielt zu bekämpfen. Ein vielversprechender Ansatz sind Peptidnukleinsäuren - eine Art Mischung aus Protein und Nukleinsäure.
Vor sechs Jahren synthetisierte der dänische Biochemiker Peter Nielsen von der University of Copenhagen die ersten Peptidnukleinsäuren (peptide nucleic acid, PNA). Diese neue Klasse informationstragender Moleküle ähnelt den bekannten Nukleinsäuren RNA und DNA. Anders als bei der natürlichen Erbsubstanz sind die organischen Basen Adenin, Guanin, Thymin, Cytosin und Uracil aber nicht an eine Kette aus Zucker- und Phosphorsäurebausteinen gebunden. Der Hauptstrang besteht bei der PNA aus mehreren Einheiten der Aminosäure N-(2-Aminoethyl)glycin, die über Amidbindungen verknüpft sind. An diese sind die Basen über eine Methylen-Carbonyl-Brücke gebunden.

PNA kann sich mit passender DNA oder RNA zu Doppelsträngen zusammenlagern. Diese Eigenschaft machte sich Nielsens Team zunutze, um die Synthese von bakteriellen Proteinen zu blockieren (Proceedings of the National Academy of Sciences, Ausgabe vom 3. März 1998, Abstract online). Die "Bauanleitung" für ein Protein ist in Form von DNA gespeichert, von der eine Arbeitskopie – die Boten-RNA – erstellt wird. Nach dieser Vorlage setzen Makromolekülkomplexe, die Ribosomen, das Protein aus den einzelnen Aminosäuren zusammen – ein Vorgang, der als Translation bezeichnet wird.

Ribosomen gehören zu den kompliziertesten Molekülen der Zelle. Sie bestehen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Proteine und einigen Strängen RNA. In ihrem Experiment konstruierten die Wissenschaftler eine PNA, die genau zu dem entscheidenden Abschnitt der ribosomalen RNA des Bakteriums Escherichia coli paßt, so daß die beiden Moleküle sich zusammenlagern konnten. Die Hoffnung der Forscher war, daß dadurch das Ribosom funktionsunfähig gemacht würde. Und tatsächlich sank die Rate der Proteinproduktion im Reagenzglas auf etwa die Hälfte herab. Auch das Wachstum ganzer Zellen konnte gehemmt werden. Besonders wichtig war, daß nur solche PNA wirksam war, die ganz exakt zu der ribosomalen RNA paßte. Dies deutet darauf hin, daß PNA als Medikament keine Nebenwirkungen auf menschliche Zellen, deren Ribosomen im Detail anders aufgebaut sind, haben wird.

Nielsens nächstes Ziel ist es, PNA herzustellen, die leicht in die Bakterienzelle gelangen kann. Doch andere Experten sehen hier große Schwierigkeiten. Sollte das Unterfangen jedoch gelingen, gäbe es eine neue Klasse von antibakteriellen Medikamenten, gegen welche die Krankheiterreger noch keine Verteidigung haben.

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