Trickreiche Arbeitsteilung

News: Trickreiche Arbeitsteilung

Im Wettlauf mit der Zeit gewinnen Krankheitserreger oftmals die Oberhand: Kaum ist ein neues Antibiotikum auf dem Markt, tauchen bereits die ersten immunen Mikroorganismen auf, die ihre resistenzverleihende Genausstattung zudem an ihre Artgenossen weitergeben. Doch nun kamen Forscher dem Mechanismus auf die Spur, mit dessen Hilfe das infektiöse Staphylococcus-aureus-Bakterium die tödliche Wirkung weltweit verbreiteter Medikamente aushebelt.

Ulrike Knoll

Bakterien erweisen sich keineswegs als einfallslos, wenn es darum geht, ihr Überleben zu sichern. Durch spontane Mutationen in ihrem genetischen Bauplan sind sie oftmals bestens gegen eine breite Palette von wirksamen Antibiotika gewappnet. Zudem betreiben die Mikroorganismen untereinander einen Tauschhandel, bei dem sie sich fremde, resistenzverleihende Gene aneignen. Es gestaltet sich deshalb zunehmend schwieriger, den Krankheitserregern mit der Entwicklung neuer Medikamente wieder einen Schritt voraus zu sein.

Auch die häufig eingesetzten beta-Lactam-Antibiotika waren einst wirkungsvolle Waffen: Sie töteten Bakterien ab, indem sie das zu den Penicillinbindeproteinen (PBP) gehörende PBP2 inaktivierten. Diese Proteine verfügen über eine peptid- sowie eine zuckerverknüpfende Seite und erfüllen beim Aufbau der lebensnotwendigen Zellwand – einem dreidimensionalen Netzwerk aus langen Zuckersträngen und kurzen Peptidbrücken – zwei verschiedene Funktionen: Sie reihen Zuckermoleküle aneinander und verknüpfen einzelne Proteine zu kurzen Ketten, den so genannten Peptiden.

Und genau an diesem kritischen Punkt greifen die Antibiotika ein: Sie docken an die peptidverknüpfende Seite von PBP2 an, die zuckerverbindende Region lassen sie hingegen unbehelligt. Ohne das funktionsfähige PBP2 sind die Mikroorganismen nicht mehr in der Lage, ihre stabile Hülle zu produzieren und sterben ab. Doch inzwischen vermögen Methicillin, Penicillin und andere Medikamente vielen infektiösen Bakterien nichts mehr anzuhaben. Bei Staphylococcus aureus sorgt das von anderen Mikroorganismen erworbene Gen mecA für die Antibiotikaresistenz. Es codiert für das Penicillinbindeprotein PBP2a, das im Vergleich zu PBP2 geringfügig verändert ist.

Lange Zeit gingen Forscher davon aus, dass PBP2a bei der Zellwandsynthese die Rolle des Antibiotika-empfindlichen PBP2 übernimmt und somit das Bakterium in Gegenwart der Medikamente überleben lässt. Doch 1994 machten Herminia de Lencastre und Alexander Tomasz von der Rockefeller University eine unerwartete Entdeckung: Unter der großen Anzahl von Proteinen, die PBP2a bei der Arbeit unterstützen, befand sich auch PBP2. Wie konnte aber ein Antibiotika-anfälliges Protein an dem Resistenzmechanismus beteiligt sein?

Nun gelang es Mariana Pinho von der Universidade Nova de Lisboa gemeinsam mit de Lencastre und Tomasz, diesen paradoxen Sachverhalt aufzuklären: Demnach kooperiert das Bindeprotein PBP2a der resistenten Bakterien mit dem natürlichen PBP2, um in Anwesenheit der Medikamente ungehindert die Zellwand aufzubauen. Wie Tomasz betont, sei dies das erste Mal, das ein importiertes Protein lernt, mit einem ursprünglichen zusammenzuarbeiten.

Indem die Forscher bestimmte Aminosäuren des peptid- sowie zuckerbindenden Bereichs von PBP2 gezielt veränderten und die Auswirkungen auf die Antibiotikaresistenz untersuchten, konnten sie nachweisen, dass sich die beiden Proteine hinsichtlich ihrer Funktion regelrecht ergänzen. Während das angeeignete PBP2a im Falle der Antibiotikaresistenz Peptide miteinander verband, fügte das ursprüngliche PBP2 Zuckermoleküle zusammen – die dafür zuständige Region war schließlich nicht durch die Medikamente außer Kraft gesetzt. Dies erklärt, warum PBP2 unterstützend in den Resistenzmechanismus eingreifen kann.

Möglicherweise stellt die zuckerverbindende Seite eine neue Achillesferse dar, an der die widerstandsfähigen Bakterien verwundbar sind. Medikamente, welche gezielt diese Region des Proteins blockieren, könnten kombiniert mit beta-Lactam-Antibiotika die Empfindlichkeit der Staphylococcus-aureus-Bakterien wieder herstellen und die Krankheitserreger wirkungsvoll abtöten. Damit wären die Forscher den infektiösen Keimen vorerst vielleicht wieder eine Nasenlänge voraus.