Schlüssel zu neuen Antibiotika

Bakterien zeigen derzeit immer mehr Resistenzen gegen existierende Antibiotika. Daher beobachteten Forscher des Universitätsklinikums Bonn (UKB) und der Universität Bonn mit Hilfe von Hochleistungs-Mikroskopen den Effekt von verschiedenen Antibiotika auf die Zellteilung von Staphylococcus aureus, eines besonders gefährlichen Krankheitserregers.

Dabei fanden sie heraus, dass die Biosynthese von Peptidoglykan, Kernbestandteil der bakteriellen Zellwand, die treibende Kraft während des gesamten Prozesses der Zellteilung ist. Zudem klärten sie auf, wie genau unterschiedliche Antibiotika innerhalb von wenigen Minuten die Zellteilung blockieren.

Die bakterielle Zellwand erhält die Form und Unversehrtheit der einzelligen Organismen. Die Zellwandsynthese spielt beim Bakterienwachstum eine Schlüsselrolle: das Zellteilungsprotein FtsZ bildet in der Zellmitte den so genannten Z-Ring und leitet so den Teilungsvorgang ein. Dort bildet sich eine neue Zellwand, wofür als Kernkomponente Peptidoglykan hergestellt wird. Durch diese Einschnürung entstehen so zwei identische Tochterzellen.

Die Bonner Forschungsteams wählte das Bakterium Staphylococcus aureus, eines der gefährlichsten humanpathogenen Bakterien, als Modellorganismus für ihre Untersuchung aus. Im Fokus stand dabei der Einfluss von Antibiotika, welche die Peptidoglykansynthese inhibieren, auf die Zellteilung.

"Wir fanden einen schnellen und starken Effekt von Oxacillin sowie der Glycopeptid-Antibiotika Vancomycin und Telavacin auf die Zellteilung", sagt Jan-Samuel Puls, Doktorand am Institut für Pharmazeutische Mikrobiologie des UKB. "Das Zellteilungsprotein FtsZ diente hierbei als Marker und wurde von uns beobachtet."

Die Forscher fanden heraus, dass die Bildung von Peptidoglykan die treibende Kraft während des gesamten Prozesses der Zellteilung ist. Bislang wurde angenommen, dass die Peptidoglykansynthese nur während eines bestimmten Teiles dieses Prozesses essentiell ist. Das Team zeigte, dass die Hemmung des Zellwandaufbaus durch Glykopeptid-Antibiotika in Staphylococcus aureus schnell und mit einem drastischen Effekt auf die Zellteilung erfolgt.

"Wichtig ist, dass dies alles unmittelbar nach der Zugabe der Antibiotika passiert; entscheidend sind also die ersten zellulären Effekte, die bislang nicht besonders intensiv untersucht wurden", erklärt Dr. Fabian Grein, Nachwuchsgruppenleiter am Institut für Pharmazeutische Mikrobiologie des UKB sowie Wissenschaftler am Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF). Daher erhoffe er sich durch die Studien-Ergebnisse mit Blick auf die alarmierende Zunahme von Antibiotika-Resistenzen weltweit ein besseres Verständnis dafür, wie genau diese Wirkstoffe auf zellulärer Ebene funktionieren, und damit einen Schlüssel für die Entwicklung neuer Antibiotika.