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Nächste Studie soll exakte Kristallstruktur des Enzyms identifizieren © APA (AFP)
Nächste Studie soll exakte Kristallstruktur des Enzyms identifizieren © APA (AFP)

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Grazer Forscher decodierten Schlüsselenzym des Cholera-Erregers

03.09.2019

Cholera kann tödlich sein, aber Grazer Forscher haben nun einen großen Schritt in Richtung einer gezielten Therapie gemacht: Sie haben ein sehr seltenes Schlüsselenzym erstmals vollständig biochemisch charakterisiert, beschrieb Stefan Schild vom Institut für Molekulare Biowissenschaften der Universität Graz. Die Ergebnisse wurden online im Fachmagazin "Frontiers in Microbiology" veröffentlicht.

"Das Bakterium Vibrio cholerae ist Kampfmaschine und gleichzeitig Überlebenskünstler", hieß es in der Aussendung der Uni Graz. Es kann in und außerhalb des menschlichen Körpers existieren und trotzt durch einen bestimmten Schutzmechanismus Attacken von Fressfeinden, Nährstoffmangel oder UV-Strahlung. Forscher in Graz haben nun einen Weg entdeckt, um eine gezielte Therapie gegen den lebensbedrohlichen Krankheitserreger entwickeln zu können. Die Hauptrolle spielt dabei das Enzym Xds, das Vibrio cholerae selbst vielseitig einsetzt.

Xds hilft beim Bau eines Schutzschildes

Das Team rund um Schild konnte bereits mehrfach die wichtige Rolle aufzeigen, die Xds für das Cholera-Pathogen spielt. Xds hilft – gemeinsam mit einem zweiten wichtigen Enzym – dem Bakterium beim Bau seines Schutzschildes, dem Biofilm. Gleichzeitig sorgen die beiden Enzyme dafür, dass Vibrio cholerae den Biofilm verlassen kann, wenn dieser, zum Beispiel durch eine orale Aufnahme, in den menschlichen Darm gelangt. Dort heftet sich das Pathogen an Darmzellen an und löst die tödlich verlaufende Durchfallerkrankung aus.

"Bevor es dazu kommt, schickt das Immunsystem seine Verteidigungstruppe, sogenannte Neutrophilen, an den Ort der Infektion", erklärte Schild. Sobald diese Immunzellen die Bakterien lokalisiert haben, lösen sie sich in ihre einzelnen Bestandteile auf. Die DNA der Neutrophilen wirkt normalerweise wie ein Netz, das die bakteriellen Feinde einfängt und langsam abtötet. Doch das Enzym Xds zerstöre diese Falle und nicht nur das: "Es frisst sich daran satt und speichert die aufgenommenen Nährstoffe für schlechte Zeiten. Für Vibrio cholerae ist Xds eine sehr wirksame Allzweckwaffe. Weil dieses Enzym so selten ist, gab es bisher keine ausreichende biochemische Charakterisierung seiner Eigenschaften", so Schild.

Aktives Zentrum des Erregers identifiziert

Die aktuelle Studie enttarne nun eines der wichtigsten Kampfwerkzeuge des Cholera-Erregers: "Wir wissen jetzt, wo das aktive Zentrum des Enzyms liegt, welche Aminosäuren daran beteiligt sind und welche Zusatzfaktoren, wie etwa Salze oder Temperatur, eine Rolle für dessen Fitness spielen", fasste der Forscher zusammen. Damit sei ein gut geeigneter Angriffspunkt identifiziert, an dem Inhibitoren, die das Enzym ausschalten, andocken könnten. Langfristig sollen dadurch effektivere, begleitende Therapien möglich werden.

Die Studie entstand an der Schnittstelle zweier Doktoratsprogramme der Universität Graz, dem gerade ausgelaufenen "Molekulare Enzymologie" sowie dem neu eingerichteten doc.fund "Molecular Metabolism" (Mobiles) des österreichischen Wissenschaftsfonds FWF. Mobiles-Sprecherin ist Monika Oberer vom Institut für Molekulare Biowissenschaften, die die Struktur von Xds erstmals am Computer nachbilden konnte. In einer nächsten Studie werde es darum gehen, die exakte Kristallstruktur des Enzyms zu identifizieren.

Service: Publikation: Katharina Pressler, Fabian Mitterer, Dina Vorkapic, Joachim Reidl, Monika Oberer und Stefan Schild. Characterization of Vibrio cholerae"s extracellular nuclease Xds. Front. Microbiol. - Microbial Physiology and Metabolism, in press. DOI: 10.3389/fmicb.2019.02057. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.02057/

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