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Neutronen liefern neuen Ansatz für Medikamente gegen Helicobacter pylori

20. Januar 2017

Weltweit jeder Zweite trägt das Bakterium in seinem Magen: Helicobacter pylori (H. pylori). Die auch in Deutschland häufige Infektion kann Folgekrankheiten wie Gastritis oder Magenkrebs auslösen. Jetzt hat ein internationales Forscherteam mithilfe von Neutronen die Funktionsweise eines wichtigen Enzyms im Stoffwechsel des Erregers entschlüsselt. Es gilt als Angriffspunkt für neue Medikamente.

MTANMontage eines MTAN-Kristalls im Zentrum des Neutronenstrahls im BIODIFF-Instrument
Copyright: Andreas Ostermann / TUM

Die Wissenschaftler der University of Toledo (USA), der Victoria University of Wellington (Neuseeland), der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz der TU München, des Jülich Centre for Neutron Science (JCNS) und des Oak Ridge National Laboratory (ORNL, USA) untersuchten verschiedene Zustände des Enzyms 5‘-Methylthioadenosin Nucleosidase (MTAN) und konnten so ein genaues Bild seiner Wirkweise ermitteln. Sie nutzten zum einen das Neutronen-Diffraktometer BioDiff, das vom Forschungszentrum Jülich und der TU München gemeinsam am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum in Garching betrieben wird, zum anderen die Neutronenquelle des ORNL. Die Wahl der Forscher fiel auf MTAN, weil das Enzym ein vielversprechender Kandidat zur Entwicklung eines Medikaments ist, das spezifisch nur gegen den Magenkeim wirkt. Denn H. pylori verwendet, anders als der Mensch und viele nützliche Bakterien, MTAN für die Synthese von Vitamin K2.

MTAN-B-Diffraction-imageBeugungsbild des Proteinkristalls, wie es bei der Neutronenstreuung am Instrument BIODIFF entsteht
Copyright: Andreas Ostermann / TUM

In einem wichtigen Schritt der Vitamin K2-Synthese bindet MTAN über Wasserstoffbrücken eine Vorstufe des Vitamins, um eine Seitengruppe abzutrennen. Die hierfür wichtigen Positionen und Positionswechsel der Wasserstoffatome waren bislang nicht zweifelsfrei bekannt. Die übliche Methode zur Strukturaufklärung von Enzymen, die Kristallstrukturanalyse mit Röntgenstrahlen, hilft hier nur wenig: Röntgenstrahlung ist für Wasserstoff-Atome nahezu blind. Die Forscher nutzten daher Neutronen zur Strukturaufklärung. Sie sind für Wasserstoff-Atome besonders empfindlich. „Zwar müssen für die Strukturaufklärung von Proteinen mittels Neutronen besonders große Proteinkristalle hergestellt werden“, erläutert Dr. Tobias Schrader vom JCNS, der gemeinsam mit Dr. Andreas Ostermann von der TUM das Instrument betreut. „Doch die vorliegende Publikation zeigt, dass sich der Aufwand lohnt.“

Originalpublikation:

Michael T. Banco, Vidhi Mishra, Andreas Ostermann, Tobias E. Schrader, Gary B. Evans, Andrey Kovalevsky, and Donald R. Ronning
Neutron structures of the Helicobacter pylori 5'-methylthioadenosine nucleosidase highlight proton sharing and protonation states.
PNAS, November 16, 2016, DOI:10.1073/pnas.1609718113

Further information:

Jülich Centre for Neutron Science (JCNS)

Heinz Maier-Leibnitz Zentrum

Pressemitteilung der TU München vom 20.12.2016, „Neutronen klären Enzymfunktion“


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