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Viele Bakterien, zum Beispiel das Darmbakterium
Escherichia coli oder das opportunistische Pathogen Pseudomonas
aeruginosa besitzen eine Pumpe, die äusserst effektiv für sie
schädliche Substanzen, wie Antibiotika, von der bakteriellen Zelle
nach aussen pumpt. Dies verhindert die Wirkung der Antibiotika und
ermöglicht das Überleben der Bakterien.
Die Forscher Markus Seeger und Dr. Martin Pos von
der Universität Zürich und Dr. André Schiefner und Prof. Kay
Diederichs von der Universität Konstanz haben jetzt die Struktur, d.h.
den Bauplan der Membranpumpe AcrB, einer der wichtigsten Antibiotika
Resistenz-Maschinen aufgedeckt.
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Links: Ein Antibiotikum-Molekül
(Stern) ist von aussen (von oben im Bild) in die Membran eines
Bakteriums (grau) geschlichen und versucht ins Zellinnere (nach
unten) zu gelangen. Die AcrB Pumpe (farbig) fängt jedoch das
Antibiotikum ab und leitet es in den Tunnel (grüner Schlauch) ein.
Mitte: Das Antibiotikum ist gefangen im Tunnel. Rechts: Durch
Schliessen des Tunnel-Eingangs und gleichzeitiges Öffnen des
Tunnels an der anderen Seite (oben) wird das Antibiotikum nach
aussen transportiert, wo es für das Bakterium keine Gefahr mehr
darstellt. Nachdem das Antibiotikum den Tunnel verlassen hat, wird
er geschlossen und wieder an der Membranseite geöffnet (Bild
links), um sich das nächste Antibiotikum-Molekül zu angeln.
Abbildung: UZH |
Erstaunt hat der Bauplan auf allen Ebenen: Es
scheint, dass die Natur für den Transport von schädlichen Substanzen,
wie Gallensalze und Antibiotika, eine peristaltische Pumpe, sprich
Quetschpumpe, entwickelt hat. "Dem Bauplan nach beinhaltet die Pumpe
ein Tunnelsystem, durch das die Antibiotika gleiten können", erklärt
Martin Pos. Dieser Tunnel ist zuerst nur an einer zum Zellinnern
gerichteten Seite geöffnet, um das Antibiotikum aus der Zelle zu
fischen. Ist das Antibiotikum einmal im Tunnel gefangen, wird die
innere Tunnelöffnung geschlossen, und gleichzeitig wird der Tunnel an
der Aussenseite der Zelle geöffnet. Die postulierte Peristaltik
bewirkt, dass das Antibiotikum aus dem nach aussen geöffneten Tunnel
gequetscht wird. Ist das Antibiotikum einmal draussen und somit für
das Bakterium ungefährlich, schliesst sich der Tunnel von aussen. Er
öffnet sich wieder an der Innenseite, um sich das nächste
Antibiotikum-Molekül zu angeln. Dieser Prozess wird ständig wiederholt
und resultiert in einem kontinuierlichen Ausstrom von Antibiotika.
Dies hat zur Folge, dass das Bakterium resistent ist und überlebt.
"Mit den neuen Kenntnissen des
Antibiotika-Pumpmechanismus ist es denkbar, einen Hemmstoff für diese
Resistenz-Pumpe zu entwickeln" sagt Martin Pos. Ein Molekül, das sich
an den engen Stellen des Tunnels verankert und diesen somit verstopft,
würde die Pumpe blockieren und die Antibiotika-Resistenz wäre
aufgehoben. |
