Ergebnisbericht 2010/11 - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

WISSENSCHAFTLICHER ERGEBNISBERICHT | Infektion und Immunität | Pharmazeutische Forschung 113
05.4 Identifi zierung molekularer Angriffspunkte von
Antiinfektiva
PROJEKTLEITER | Prof. Dr. Ursula Bilitewski | Arbeitsgruppe Biologische Systemanalyse | ubi@helmholtz-hzi.de
PROJEKTMITGLIEDER | Dr. Nina Klippel | Dr. Bianca Lüderitz | Anna Buschart | Shuna Cui | Mohammed El-Mowafy |
Daniela Evers | Katja Gremmer | Rabeay Hassan | Hani Kaba | Carolin Lewark | Dörthe Sokolis
Zur Behandlung von Infektionen sind neue Wirkstoffe nötig,
die neue Angriffspunkte in den Organismen nutzen, um
bereits bestehende Antibiotika-Resistenzen zu umgehen.
Wir haben für unsere Untersuchungen kommensale und
persistente Mikroorganismen ausgewählt: die Hefe Candida
albicans und das Bakterium Mycobacterium bovis (BCG) als
Stellvertreter für den Tuberkuloseerreger Mycobacterium
tuberculosis. Diese Mikroorganismen sind an das Überleben
in Gegenwart von menschlichen Zellen angepasst, und
Infektionen entstehen vor allem dann, wenn die Immunabwehr
des Menschen geschwächt ist.
Histidinkinasen als Angriffspunkte für Antiinfektiva
Histidinkinasen sind in Bakterien, aber auch in Pilzen zu
fi nden und fungieren häufi g als Sensorproteine für Umgebungsbedingungen.
In früheren Untersuchungen hatte sich
die als CaNik1 bezeichnete Histidinkinase von C. albicans
als Angriffspunkt für die myxobakteriellen Sekundärmetabolite
Ambruticin VS3 und Jerangolid A erwiesen. In diesem
Protein konnten wir neben den für die enzymatische
Aktivität notwendigen Zentren noch 9 seriell angeordnete
sogenannte HAMP-Domänen identifi zieren. Durch gezielte
Deletion einiger dieser Domänen konnten wir zeigen, dass
sie an der Sensitivität für Fungizide beteiligt sind. Für
weitere funktionelle Studien hatten wir das Gen in der gut
untersuchten Bäckerhefe S. cerevisiae funktionell exprimiert
und dort Genexpressionsstudien durchgeführt. Diese
zeigten, dass durch CaNik1 in Bäckerhefe der Signalweg
aktiviert wird, der die osmotische Stressabwehr reguliert,
was in der Folge auch die Regulation des Zellzyklus und
damit des Zellwachstums betrifft.
Suche nach neuen Angriffspunkten für Antiinfektiva
Candida albicans besiedelt als kommensaler Organismus
vor allem Schleimhäute von Menschen, befi ndet sich also
in direktem Kontakt mit Epithelzellen. Bei systemischen
Infektionen dringt sie in tieferliegendes Gewebe ein und
wird über die Blutbahn verbreitet. Dies ist mit Morphologiewechseln
zwischen Hefe- und Hyphenform verbunden.
An der Infektionsabwehr sind vor allem Phagozyten, wie
Neutrophile und Makrophagen, beteiligt. Auch bei der
Abwehr von Lungeninfektionen durch Mykobakterien sind
Makrophagen wesentlich beteiligt. Allerdings können die
Bakterien im Innern von Makrophagen als persistierende,
ruhende Organismen überleben und sich so antibakteriellen
Therapien entziehen.
Um neue Angriffspunkte für Antiinfektiva zu identifi zieren,
ahmen wir im Labor die Bedingungen nach, die die Organismen
im Menschen vorfi nden. Wir prüfen, ob wir durch
chemische Substanzen die Wirkung der Phagozyten unter-
Elektronenmikroskopische Aufnahme der Wechselwirkung
zwischen der Hefe Candida albicans und Epithelzellen (Zelllinie
A 431) in Gegenwart des Peptids LL37 (M. Rohde). LL 37 gehört
zu den antimikrobiellen Peptiden, hemmt das Wachstum von
C. albicans kaum, fördert jedoch die Adhäsion der Hefe an die
menschlichen Zellen. Bei einer Inkubationszeit von 6 h unter
Zellkulturbedingungen bildet C. albicans Hyphen, die auch in
den Epithelzellen zu fi nden sind und in ihnen weiter wachsen.
Photo: HZI, Rohde
stützen, bei C. albicans den Morphologiewechsel und bei
Mykobakterien das Überleben im Ruhezustand verhindern
können. Als Quellen für potenzielle neue Wirkstoffe nutzen
wir Bibliotheken chemischer Substanzen, myxobakterielle
Extrakte und kommerziell verfügbare Inhibitoren. Dabei
konnten wir zeigen, dass alle infektionsrelevanten Schritte
durch chemische Substanzen beeinfl ussbar sind. Diese
Substanzen können zum Teil von den Organismen selber
gebildet werden. So bilden menschliche Zellen Peptide, die
die Adhäsion von C. albicans auf Oberfl ächen verändern,
vor allem an Bestandteile der extrazellulären Matrix. Die
Bildung von Hyphen wird unter anderem durch Substanzen
unterdrückt, die für C. albicans Funktionen als Quorum
Sensing-Verbindungen haben. Außerdem entdeckten wir
Genistein, einen bekannten Inhaltsstoff der Sojabohne, als
Phagozytose-aktivierende Substanz.
Wesolowski,J., Hassan,R.Y.A., Reinhardt,K., Hodde,S. & Bilitewski,U. (2010) Antifungal
compounds redirect metabolic pathways in yeasts: Metabolites as indicators of modes of
action, Journal of Applied Microbiology 108, 462 - 471
Klippel,N., Cui,S., Gröbe,L. & Bilitewski,U. (2010) Deletion of the Candida albicans histidine
kinase gene CHK1 improves recognition by phagocytes through an increased
exposure of cell wall ß-glucans, Microbiology 156, 3432 – 3431
Buschart,A., Gremmer,K., v.d.Heuvel,J. Müller,P.P. & Bilitewski,U. (2011) Repetitive
HAMP domains at the N-terminus of the CaNik1 histidine kinase of Candida albicans
mediate specifi c interactions with fungicides, Molecular Microbiology, submitted