Türen zu neuem Wissen öffnen

Genetik zeigt TU-Forschern den Weg zu weiteren Wirkstoffen

Biotechnologin Elisabeth Grohmann erforscht Antibiotika-Resistenzen

Von der Entdeckung der DNA-Struktur bis zur heutigen modernen Biotechnologie war es ein weiter Weg. Bis heute entschlüsseln Forscher Schritt für Schritt Bausteine und Funktionsweise des Lebens. Auch TU-Wissenschaftler sind dabei. Oftmals ist es langwierig, die Tür zu neuen Erkenntnissen aufzustoßen. Im Biotechnologie-Centrum beispielsweise widmet sich Elisabeth Grohmann im Rahmen ihrer Habilitationsschrift seit 1998 den Antibiotika-Resistenzen.

Sie entstehen, weil Bakterien Gene austauschen und sich dadurch den Antibiotika anpassen. Die Folge: Neu entstehende Stämme sind mehr und mehr resistent gegen Medikamente. Besonders betroffen sind Menschen, die bereits häufig Antibiotika nehmen mussten. Elisabeth Grohmann und ihre Mitarbeiter sind solchen Austauschmechanismen auf der Spur. Das Darmbakterium Enterococcus faecalis dient ihnen als Modellsystem. Ein mobiles Element, das unter anderem in diesem Darmbakterium vorkommt, kennen die Forschenden bereits. Von ihm wissen sie, dass sich bestimmte Proteine in der Zellhülle so zusammenlagern, dass ein Transportkanal gebildet wird. Der Code dafür befindet sich auf einem bestimmten DNA-Element, einem so genannten Plasmid. Dieses Plasmid kommt in verschiedenen Bakterien vor, sodass der gefundene Mechanismus auf all diese Bakterien übertragbar wäre.

Nicht bekannt ist, wie dieser Code aktiviert wird. Elisabeth Grohmann will deshalb herausfinden, welche Enzyme und Proteinfaktoren daran beteiligt sind und somit die Bildung des Transportkanals beeinflussen. Dazu kreuzt sie Bakterien, die das Plasmid enthalten, mit Bakterien, die es nicht enthalten. Nährstoffangebot, Wachstumstemperatur und andere Bedingungen werden variiert. Die Zellen, die das Plasmid übernommen haben, werden anschließend isoliert und auf einen neuen Nährboden aufgetragen. Dieser enthält jetzt ein Antibiotikum. "Wir wollen Molekülstrukturen - Targets - in der Zelle finden, die, wenn man sie mit Medikamenten angreift, den Gentransfer schwächen oder verhindern", nennt Elisabeth Grohmann das langfristige Ziel ihrer Forschungen. Ihrer Ansicht nach wird es aber noch einige Jahre dauern, bis das gelingt.

Auch Chemiker arbeiten intensiv an und mit biologischen Systemen. Gezielt suchen sie nach Verbindungen, die als Wirkstoffe für Pharmaka infrage kommen. Prof. Karola Rück-Braun vom Institut für Chemie verfolgt dabei ein ehrgeiziges Ziel. In Kooperation mit einer Arbeitsgruppe der Universität Toronto will sie die Funktion von Proteinen mithilfe von Licht steuern. Das geht, weil bestimmte, so genannte photochrome Verbindungen unter Einwirkung von Licht ihre räumliche Struktur ändern. Sie wechseln beispielsweise von einer offenen zu einer geschlossenen Ringstruktur.

Zwei geeignete Substanzklassen haben die Forschenden um Karola Rück-Braun bereits gefunden, die Hemithioindigos und Fulgimide. Will man sie als Schalter benutzen, müssten sie gezielt in Proteine eingebaut werden. Karola Rück-Braun und ihre Kollegen sind derzeit in einem von der Volkswagen-Stiftung geförderten Projekt dabei, geeignete Verbindungen für den Einbau in Proteine aus den beiden Substanzklassen zu synthetisieren. Ihre Wirksamkeit prüfen sie dann an drei Proteinsystemen, unter ihnen das Protein E 47. Es spielt eine Rolle bei der Genexpression, das heißt beim Umwandeln der DNA in ihr entsprechendes Protein. Bei der Fruchtfliege Drosophila ist E 47 an der Entwicklung des Nervensystems beteiligt.

Seine Funktion erfüllt E 47 allerdings nur, wenn es in dimerer Form (das heißt, ein Molekül besteht aus zwei gleichen Bausteinen) vorliegt. Durch Einbau einer photochromen Aminosäure wollen die Wissenschaftler die Dimerisierung blockieren. Der Ionenfluss durch Ionenkanäle kann bereits durch lichtempfindliche Substanzen moduliert werden. Werden beispielsweise photoschaltbare Aminosäuren an unterschiedlichen Stellen in den Ionenkanal Gramicidin eingebaut, ist der Ionenfluss durch Licht zu kontrollieren.

Ina Helms