Neues Werkzeug für die Antibiotika-Entwicklung

Von: ddp
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Washington. Schnelle Mutationen machen infektionsauslösende Stämme des Bakteriums Staphylococcus aureus resistent gegen Antibiotika. US-Wissenschaftler haben nun berechnet, durch welche Veränderungen die Keime künftig der Wirkung aktueller Breitband-Antibiotika entgehen können.

Ansatzpunkt der Simulation ist ein sich schnell veränderndes Enzym, mit dem der Keim sein Erbgut produziert und das durch Medikamente gehemmt werden soll.

Die Software hat nun die möglichen Formvarianten des Enzyms durchgerechnet und die Mutationen mit der größten Wahrscheinlichkeit einer Antibiotika-Resistenz identifiziert.

Nun könnten entsprechende Medikamente designt werden, schreiben die Wissenschaftler um Bruce Donald von der Duke University in Durham in der Online-Vorabveröffentlichung des Fachmagazins „Proceedings of the National Academy of Science” (doi: 10.1073/pnas.1002162107).

Staphylococcus aureus lebt friedlich bei fast jedem dritten Menschen auf der Haut und den Schleimhäuten. Dringt er aber in den Körper ein, so kann der Keim lebensbedrohliche Infektionen verursachen. Und weil viele seiner Stämme antibiotikaresistent sind, ist das Gesundheitsrisiko hoch: Die als Hospitalismus-Keime bezeichneten Bakterien lösen Wundinfektionen, Lungenentzündung oder auch Blutvergiftung aus. Besonders bei immungeschwächten Menschen in Kliniken und Altersheimen führt der multiresistente Staphylococcus aureus (MRSA) zu Todesfällen. Medikamente gegen MRSA greifen ein spezielles Enzym an, die Dihydrofolat-Reduktase (DHFR). Wird dieses Enzym außer Gefecht gesetzt, so können die Bakterien kein Thymin mehr produzieren, einen der vier Grundbausteine der DNA.

In der Folge stirbt der Keim ab oder verlangsamt seine Ausbreitung drastisch. Auf dieses Enzym haben die Wissenschaftler nun erstmals den K-Star-Algorithmus angesetzt, der alle möglichen Veränderungen des Enzyms und seine Interaktionen berechnet. „Wir suchten nach den Mutationskandidaten, die das Enzym seine Arbeit machen lassen, aber die Wirkung neuer Antibiotika blockieren”, sagt Donald. Im Computer wird das Enzym modelliert, seine Oberfläche verändert und dabei stets die mögliche Interaktion der neuen Form mit Wirkstoffen simuliert.

Für ein neues Antibiotikum der University of Connecticut in Storrs haben die Wissenschaftler mit der Prognosesoftware vier potenziell erfolgreiche DHFR- Mutanten ausfindig gemacht. Drei davon blieben trotz Andockversuchen des Medikaments aktiv und interagierten nur schwach mit dem Wirkstoff. Die vierte errechnete Form zeigte in der Simulation fast gar keine chemischen Reaktionen mit dem Medikament und hat damit die besten Chancen, seine gefährliche Karriere als resistenter Krankenhauskeim zu starten.

„Das Ergebnis bedeutet einen Schritt vorwärts bei der Identifizierung von Antibiotika, die präventiv mit möglichen Resistenzen in der Natur umgehen”, sagt Co-Studienautor Ivelin Georgiev. Die Software wird kostenlos als quelloffene Software zur Verfügung gestellt: Jeder Berechtigte kann dann die Programmstrukturen begutachten und Verbesserungen vorschlagen.
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