Ergebnisbericht 2010/11 - Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

SONDERBEITRÄGE | Magnetische Kernresonanzspektroskopie, ein wichtiges Instrument im Arsenal der Technologieplattform
Abb. 1. Analytikplattform Fotos: HZI
chemischen Umgebungen befand. Im Anschluss daran
brachte die Einführung der gepulsten NMR-Spektroskopie
einen wesentlichen Fortschritt in Verbindung mit der sich
rasant entwickelnden Computertechnik. Das brachte eine
beträchtliche Erhöhung der Empfi ndlichkeit der Messmittel
mit sich. Die Entwicklung des zweidimensionalen (2D)-NMR-
Verfahrens in den siebziger Jahren, insbesondere durch R.
R. Ernst (Nobelpreis 1991), leitete den Beginn einer neuen
Ära in der NMR-Spektroskopie ein. Durch den Einsatz dieser
Techniken war es nun möglich, Bindungsstrukturen in Molekülen
entweder über die sogenannten „Through-bond”-Wechselwirkungen
gleichartiger Kerne (homonukleare 2D-NMR)
bzw. verschiedenartiger Kerne (heteronukleare 2D-NMR)
zu bestimmen, oder durch eine Konformations-, Sequenzbildungs-
und Faltungsanalyse von Molekülabschnitten durch
Beobachtung der „Through-space“-Wechselwirkungen Eigenschaften
zu identifi zieren.
Seit den frühen siebziger Jahren wurde dieses NMR-
Instrumentarium in unserem Institut konsequent auf die
technischen Neuerungen ausgerichtet, da dieses Verfahren
mittlerweile eine der leistungsfähigsten Techniken für
die routinemäßige Erforschung von Strukturen biologisch
aktiver, natürlicher Substanzen auf atomarer Ebene ist. Bei
pharmakologisch relevanten Substanzen mit einem Molekulargewicht
von weniger als 2000 Da bietet die neue Technik
gegenüber dem Röntgenverfahren den Vorteil, dass das zu
untersuchende Material nicht in Kristallform vorliegen muss
und somit auch strukturelle Details sehr schnell ermit-
Niedermolekulare Naturstoffe
Makromoleküle:
Proteine
NMR Spektroskopie NMR Spektroskopie
Molekulare Komplexe:
Protein-Ligand
Protein-Protein
Supermakromolekule:
Organellen
Bakterien
Röntgenstrukturanalyse Röntgenstrukturanalyse
telt werden können. Auf der Grundlage der langjährigen
Erfahrungen wird die NMR-Spektroskopie zur Aufklärung
von Strukturen einer sehr großen Anzahl von Naturstoffen
verwendet, die von einer Vielzahl von Forschergruppen
innerhalb des HZI und von externen Quellen stammen.
Die Suche nach neuartigen Antiinfektiva: Strukturen
biologisch aktiver Substanzen Das verstärkte Auftreten
neuer wie altbekannter Pathogene stellt auch in den entwickelten
Industrieländern eine permanente und ernst zu
nehmende Gefahr für die Gesundheit des Menschen dar. Daher
ist und bleibt die Erforschung neuartiger Antiinfek tiva
auf der Basis natürlicher Substanzen sowie deren Bestimmung,
Charakterisierung und klinische Entwicklung ein
wichtiges Ziel im Rahmen des HZI-Forschungsprogramms
„Infektion und Immunität“. Die Untersuchung der Struktur
derartiger Verbindungen bildet die Voraussetzung für die
Entwicklung neuer Medikamente und kann am einfachsten
mit der NMR-Spektroskopie und der Massenspektrometrie
erreicht werden.
Im Gegensatz zur chemischen Synthese besteht keinerlei
Vorwissen bezüglich der Struktur einer Verbindung, die
aus Pfl anzen, Bakterien oder Pilzen extrahiert wird und die
eine potenzielle Quelle für neue aktive Substanzen darstellt.
Daher wird nach der Isolierung des Materials eine geringe
Menge in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst, wovon
dann ein einfaches Protonenspektrum ( 1 H) aufgezeichnet
wird (Abbildung 2). Dieses Spektrum enthält bereits
53