Wissenschaftler entdecken die genaue Funktionsweise von fünf verschiedenen Antibiotika

Forscher vom Weizmann Institut in Israel und von der Max-Planck-Gesellschaft in Deutschland haben die herausgefunden, wie fünf Antibiotika funktionieren: Sie heften sich an das bakterielle Ribosom, die ’Proteinfabrik’ der Zelle, und stoppen die gesamte Proteinproduktion. Proteine sind der wichtigste Aufbaustoff der Zelle und die Grundlage aller enzymatischen Reaktionen. Ist ihre Produktion blockiert, stirbt das Bakterium.

Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Ada Yonath von der Abteilung Strukturelle Biologie am Weizmann Institut und von den Abteilungen für Ribosomalstruktur an den Max-Planck-Instituten in Hamburg und Berlin, entdeckte die exakte Funktionsweise dieser Wirkstoffe. Prof. Yonath entschlüsselte kürzlich die komplexe Struktur des Ribosoms, und krönte damit ihre zwanzigjährige wissenschaftlichen Arbeit, in einer Studie, welche das führende Wissenschaftsmagazin Science zu den wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen des Jahres 2000 zählt.

Die exakte Beschreibung der Struktur des Ribosoms – ein für seine Instabilität berüchtigter, gigantischer Nukleoproteinkomplex – war jahrelang eine Herausforderung für die Wissenschaft.

Unter Ausnutzung ihres umfassenden Wissens über die Ribosomalstruktur entschlossen sich Prof. Ada Yonath, Dr. Anat Bashan und der Doktorand Raz Zarivach zu untersuchen, wie sich verschiedene Antibiotika mit dem Ribosom verbinden und seine Proteinproduktion stoppen. Dazu behandelten sie Bakterien mit einem von fünf verschiedenen Antibiotika und stellten Kristalle her, die die einzelnen Komplexe, die zwischen dem bakteriellen Ribosom und jedem Wirkstoff entstanden, festhielten.

Zur Untersuchung dieser mikroskopisch kleinen Strukturen bombardierten die Forscher die Kristalle mit hochintensiven Röntgenstrahlen, analysierten ihre Beugung und zogen wiederum Rückschlüsse auf die exakte Struktur des Kristalls – eine Technik, die Röntgenkristallographie genannt wird. Mit dieser Methode konnten die Wissenschaftler visualisieren, wie die Antibiotika sich an eine bestimmte Stelle am Ribosom heften und seine Maschinerie stoppen. Über diese Ergebnisse wird in der Zeitschrift Nature vom 25. Oktober 2001 berichtet.

Ein besseres Verständnis für die Funktionsweise von Antibiotika könnte die Behandlungsstrategien für bestehende Wirkstoffe verbessern und zur Entwicklung einer neuen Generation von Antibiotika führen, die bakterielle Schädlinge auf ribosomaler Ebene besser bekämpfen.

Die an der Studie beteiligten Forscher der Max-Planck-Gesellschaft sind Francois Franceschi, Jörg Harms, Ante Tocilj, Renate Albrecht und Frank Schluenzen.

Unterstützung durch: Helen-und-Milton-A.-Kimmelman-Zentrum für biomolekularen Auf- und Zusammenbau, Joseph-und-Ceil-Mazer-Stiftung, und Solomon-und-Rebecca-Baker-Stiftung.
Prof. Ada Yonath ist Inhaberin des Martin-S.-Kimmel-Lehrstuhls.