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Zentrales Sekretionssystem

Tuberkulose: Infektionsmaschine entschlüsselt

| Autor/ Redakteur: Sebastian Geibel & Gunnar Bartsch / Dr. Ilka Ottleben

Ein internationales Forscherteam hat ein zentrales Element entschlüsselt, das essentiell für die Infektion mit Tuberkulose-Erregern ist. Jedes Jahr sterben ca. 1,7 Millionen Menschen an der Infektionskrankheit. Die Arbeit liefert die Grundlage für einen neuen Ansatz in der Antibiotikatherapie.

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Modell des jetzt entschlüsselten Sekretionssystems des Mycobacterium smegmatis. Gut zu erkennen ist in seinem Zentrum die Pore. über die die Nanomaschine eine Vielzahl an spezialisierten Effektorproteinen ausscheiden kann.
Modell des jetzt entschlüsselten Sekretionssystems des Mycobacterium smegmatis. Gut zu erkennen ist in seinem Zentrum die Pore. über die die Nanomaschine eine Vielzahl an spezialisierten Effektorproteinen ausscheiden kann.
(Bild: Sebastian Geibel)

Würzburg – Tuberkulose ist eine hochansteckende Infektionskrankheit, die über den Luftweg übertragen wird und hauptsächlich die Lunge befällt. Laut Weltgesundheitsorganisation WHO sterben jedes Jahr geschätzte 1,7 Millionen Menschen weltweit an einer solchen Infektion. Zudem trägt ein Viertel der Weltbevölkerung eine Form der Tuberkulose in sich, die über lange Zeit im Verborgenen schwelt. Sie zeigt zunächst keine Symptome, kann aber zu einem späteren Zeitpunkt ausbrechen.

Tuberkulose-Erreger trägt Nanomaschinen in der Zellhülle

Bei einer Ansteckung scheidet der Erreger der Tuberkulose, das Mycobacterium tuberculosis, über sogenannte Typ VII-Sekretionssysteme eine Vielzahl an spezialisierten Effektorproteinen aus. Diese kleinen, aus Proteinen bestehenden Nanomaschinen in der Zellhülle sorgen dafür, dass das Mycobacterium beispielsweise die Immunabwehr bekämpfen oder die Aufnahme von Nährstoffen sicherstellen kann, um sich im Wirt zu vermehren. Die Funktionsweise dieser zentralen Sekretionssysteme wurde bisher wenig verstanden.

Wissenschaftlern der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) und vom spanischen Krebsforschungszentrum CNIO (Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas) ist es jetzt gelungen, die molekulare Struktur dieser Nanomaschinen zu entschlüsseln. Federführend bei diesen Arbeiten war Dr. Sebastian Geibel, der eine vom Elitenetzwerk Bayern finanzierte Arbeitsgruppe am Institut für Molekulare Infektionsbiologie leitet und gleichzeitig mit dem Rudolf-Virchow-Zentrum der JMU affiliert ist. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature haben die Wissenschaftler die Ergebnisse ihrer Arbeit veröffentlicht.

Messungen bei Tiefsttemperaturen

Die Arbeitsgruppe um Sebastian Geibel hat in den vergangenen fünf Jahren intensiv daran gearbeitet, eine dieser Sekretionsmaschinen stabil zu rekonstituieren und die empfindliche Probe für Messungen am Kryo-Elektronenmikroskop vorzubereiten. Dazu müssen die Proteinkomplexe zunächst unter definierten Bedingungen schockgefroren werden.

In Zusammenarbeit mit der spanischen Arbeitsgruppe um Oscar Llorca, die in Madrid in einem aufwendigen Verfahren dreidimensionale Karten des Proteinkomplexes generierte, konnten die Würzburger Forscher ein Modell der Molekülstruktur erstellen. Es gelang, sowohl wichtige Elemente der Nanomaschine zu identifizieren, die die Transportpore formen, als auch Elemente zu bestimmen, die chemische Energie in Bewegung umwandeln und dadurch den Transport der Effektorproteine durch die Pore antreiben.

Neuer Ansatz für neue Wirkstoffe gegen Tuberkulose

Die Erkenntnisse der Forscher führen zu einem tieferen Verständnis der Funktionsweise von Type VII-Sekretionssystemen. Da es momentan noch keinen umfassenden Impfschutz gegen Tuberkulose gibt und gleichzeitig immer mehr Tuberkulose-Erreger Resistenzen gegen gängige Antibiotika entwickeln, schaffen die Erkenntnisse der Forscher die Grundlage für die Entwicklung neuer Wirkstoffe in der Antibiotikatherapie.

Originalpublikation: Nikolaos Famelis, Angel Rivera-Calzada, Gianluca Degliesposti, Maria Wingender, Nicole Mietrach, J. Mark Skehel, Rafael Fernandez-Leiro, Bettina Böttcher, Andreas Schlosser, Oscar Llorca & Sebastian Geibel: Architecture of the mycobacterial type VII secretion system. Nature, 9. October 2019, DOI 10.1038/s41586-019-1633-1.

* S. Geibel, G. Bartsch: Universität Würzburg, 97070 Würzburg

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