Isotopolog-Profiling Aufklärung bakterieller Stoffwechselwege mittels Isotopolog-Profiling

Basierend auf dem Isotopolog-Profiling wollen Forscher der Technischen Universität München in einem neuen Bioanalytikzentrum Stoffwechselwege von Mikroben aufklären, um die Eindringlinge gezielter bekämpfen zu können.

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Technische Universität München Umwelthygiene

München – Immer mehr Bakterienstämme entwickeln Mehrfach-Resistenzen gegen Antibiotika und könnten die Todesraten bei Infektionen schon in naher Zukunft dramatisch ansteigen lassen. Die Arbeitsgruppe um Dr. Wolfgang Eisenreich, Biochemiker an der TU München (TUM), will nun mit dem Isotopolog-Profiling die wichtigsten Stoffwechselwege gefährlicher Erreger wie Yersinia, Listeria, Legionella oder Salmonella entschlüsseln. Die Wissenschaftler suchen nach Stoffwechselschritten, die nur für das Bakterium essentiell sind. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wollen sie Medikamente entwickeln, die gezielt nur diesen Schritt blockieren.

Mit dem Isotopolog-Profiling, einer Kombination aus Magnet-Resonanz- und Massenspektroskopie, wollen die Wissenschaftler analysieren, wie die Bakterien mit humanen Zellen in vivo in Wechselwirkung treten. Da Bakterien ihren Stoffwechsel sehr flexibel an die Umgebungsbedingungen anpassen können, sagen Tests im Reagenzglas nur sehr wenig darüber aus, wie der Stoffwechsel der Mikroben im Zusammenspiel mit der infizierten Zelle eines Menschen funktioniert.

Isotopolog-Profiling

Für das Isotopolog-Profiling füttern die Wissenschaftler die Mikroben mit 13-C-Isotop-markierten Nährstoffen. „Chemiker können Zuckermoleküle aufbauen, die nur 13-C-Kohlenstoff enthalten oder bei denen an einer bestimmten Stelle ein 12-C durch ein 13-C-Atom ersetzt ist. Diese Verbindungen nennt man Isotopologe“, erläutert Wolfgang Eisenreich. Kooperierende Arbeitsgruppen in Deutschland füttern Bakterien mit diesen Molekülen, die daraus Kohlenhydrate, Fette oder Proteine aufbauen. Für die Analyse werden die Bakterien abgetötet, aufbereitet und analysiert.

Mithilfe der Magnet-Resonanz- und der Massenspektrometrie wissen die Forscher, an welchen Positionen Stoffwechselprodukte des Bakteriums 13-C-Atome eingebaut wurden. Ein Computer spielt nun alle möglichen Wege durch, wie aus den 13-C-markierten Zuckern die Endprodukte entstanden sein könnten. Über den Vergleich mit dem tatsächlich entstandenen Verteilungsmuster errechnet das Computerprogramm den Syntheseweg und die Abfolge der Zwischenschritte bis zu den gemessenen Endprodukten. So können Schlüsselschritte im Stoffwechsel der Mikroben identifiziert werden, um gezielt neue Antibiotika zu entwickeln.

Originalveröffentlichung: Schmid, A. et al.: Cross-talk between Type Three Secretion System and Metabolism in Yersinia; J. Biol. Chem., Vol. 284, Issue 18, 12165-12177, May 1, 2009, DOI: 10.1074/jbc.M900773200

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