Ergebnisbericht 2010/11 - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

112 WISSENSCHAFTLICHER ERGEBNISBERICHT | Infektion und Immunität | Pharmazeutische Forschung
05.3 Chemische Biologie von Infektionskrankheiten
PROJEKTLEITER | Dr. Ronald Frank | Abteilung für Chemische Biologie | rfr@helmholtz-hzi.de
Dr. Florenz Sasse | Abteilung für Chemische Biologie | fsa@helmholtz-hzi.de
PROJEKTMITARBEITER | Jihad Al-Qudsi | Ulrike Beutling | Randi Diestel | Dr. Michelle Fountain | Dr. Raimo Franke
| Dr. Bernd Hofer | Denis Koska | Michael Mrosek | Dr. Irina Nickeleit | Dr. Mahtab Nourbakhsh | Dr. Marc Reboll
| Saad Shaaban | Galina Sergeev | Dennis Schwab | Dr. Dr. Werner Tegge | Dr. Peter Washausen | Marina Wöhl
Ziel dieses Projektes ist die Aufklärung der molekularen
Mechanismen infektiöser Prozesse mit Hilfe niedermolekularer
Wirkstoffe. Mit speziellen Testsystemen und Screening-
Techniken selektieren wir bioaktive Substanzen aus chemischen
Bibliotheken und analysieren ihre biologischen
Wirkungen. Die Ergebnisse sollen zu neuen Antibiotika,
Chemotherapeutika und Immunmodulatoren führen. Das
Wissen über ihre Wirkmechanismen eröffnet neue therapeutische
Wege. Als Teil der „Chemischen Pipeline” haben
wir eine Infrastruktur eingerichtet, die uns eine schnelle
und effektive Suche in miniaturisierten Testsystemen erlaubt.
Unsere Bibliothek umfasst etwa 90 000 Proben und beinhaltet
eine einzigartige Sammlung von Naturstoffen aus Myxobakterien
(siehe 05.1), Substanzen von Kooperationspartnern,
käufl ich erworbene Sammlungen und Verbindungen aus
eigenen chemischen Synthesen. Die Infrastruktur steht über
das deutsche ChemBioNet (www.chembionet.de) auch exter-
nen Forschern und für andere Anwendungen zur Verfügung.
Phänotypen charakterisieren den Wirkmechanismus
Für die Aufklärung des Wirkmechanismus einer biologisch
aktiven Substanz gibt es keinen Standardweg. Jede biolo gisch
aktive Verbindung verändert Stoffwechsel- und Signalwege
im komplexen biochemischen Netzwerk einer Zielzelle. Das
Biologisch aktive Substanzen induzieren phänotypische
Änderungen der Zellen, die charakteristisch für ihren Wirkmechanismus
sind, hier das Beispiel Chivosazol A. Die grün
gefärbten Aktinstrukturen der behandelten Zellen in B unterscheiden
sich deutlich von denen der Kontrolle A. In C ist das
Ergebnis einer hierarchischen Clusteranalyse mit verschiedenen
Myxobakteriensubstanzen dargestellt. Der Ausschnitt D zeigt,
dass Chivosazol A mit einer zweiten „blind“ gesetzten Probe der
Verbindung zusammen clustert.
kann zu auffallenden Veränderung in der Morphologie der
Zelle und der Zellorganellen führen oder auch zu einer anderen
Proteinverteilung. Diese phänotypischen Veränderungen
können über Antikörper und spezifi sche Farbstoffe
sichtbar gemacht werden. Einer unserer Wege ist, durch Vergleich
von Phänotypen Hinweise auf den Wirkmechanismus
zu bekommen. Diese Methode haben wir nun durch automatische
Mikroskopie und statistische Auswertung großer
Datenmengen verstärkt. Über automatische Mikroskopie
kann man eine große Anzahl Bilder von behandelten Zellen
aufnehmen, durch Software-basierte Bildanalyse auswerten
und so ein Profi l der biologisch aktiven Substanz erstellen.
Der Profi lvergleich bekannter und unbekannter Verbindungen
liefert dann Hinweise auf den Wirkmechanismus der
neuen Verbindung. Durch Software-gestützte Methoden, wie
hierarchischen Clusteranalysen gruppieren sich Substanzen,
die den gleichen Wirkmechanismus haben. Dadurch haben
wir für unbekannte Substanzen wertvolle Hinweise auf ihre
potenziellen Wirkmechanismen erhalten. Erste Folgeuntersuchungen
konnten die Hinweise bestätigen.
Inhibitoren der Adhärenz von Staphylococcus aureus an
menschliche Epithelzellen Im Rahmen des vom BMBF
geförderten Projekts “SkinStaph“ wurde ein hochdurchsatzfähiger
Adhäsionsassay für die Suche nach neuen Inhibitoren
der Interaktion zwischen dem human-pathogenen
Bakterium Staphylococcus aureus und menschlichen Epithelzellen
etabliert. Wir verwenden eine sehr zuverlässige
neue Methode, die auf automatischer Mikroskopie basiert.
Epithelzellen werden nach Zugabe von Wirkstoffkandidaten
mit den Bakterien inkubiert, die nicht-adhärenten Bakterien
entfernt und die Zellen fi xiert. Dann werden sowohl die
Kerne der Epithelzellen als auch die Bakterien für die Fluoreszenzmikroskopie
sichtbar gemacht. Das automatisierte
Mikroskop nimmt mehrere Bilder pro Wirkstoffkandidat
auf, erfasst quantitativ die Zellkerne und gibt einen Wert
für die Größe der Fläche der fl uoreszierenden Bakterien
aus. Die bakterielle Fläche ist proportional zur Anzahl der
Epithelzellen, und es können somit Substanzen identifi ziert
werden, die eine Abnahme adhärenter Bakterien verursachen.
Screening-Durchläufe mit etwa 4.000 Substanzen
und Substanzgemischen lieferten vielversprechende
Kandidaten. Aussichtsreiche Substanzen werden derzeit in
weiteren Studien, z.B. mit humanen nasalen Primärzellen,
auf ihre Wirksamkeit sowie in zellbasierten Assays auf ihre
Toxizität überprüft.
Diestel, R., Irschik, H., Jansen, R., Khalil, M.W., Reichenbach, H., & Sasse, F. (2009)
Chivosazole A and F, cytostatic macrolides from Myxobacteria, interfere with actin.
ChemBioChem 10, 2900-2903.