ICS Key Visual

Navigation und Service


Fluoreszenzproteine als "Licht-gesteuerte Antibiotika"


Forschern aus Jülich und Düsseldorf ist es gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universitat Ramon Llull (Barcelona) und der Universidad Nacional de La Plata (La Plata) gelungen, fluoreszierende Proteine zu identifizieren, die durch eine Licht-induzierte Reaktion antibiotisch wirksam sind. Die leuchtenden Eiweißmoleküle sind Varianten der Flavin-bindenden LOV-Proteine. Sie wurden ursprünglich entwickelt, um sie als sogenannte "Reportermoleküle" in Zellen einzubringen: So lassen sich biologische Prozesse in lebenden Zellen beobachten und analysieren. Nun konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass einige Vertreter dieser Proteinfamilie auch günstige Eigenschaften für neue biomedizinische Anwendungen aufweisen.

Angesichts einer steigenden Anzahl multiresistenter Krankheitserreger ist es wichtig, neue Antibiotika und Therapieformen zu entwickeln. Ein Beispiel ist die "antimikrobielle photodynamische Inaktivierung" (aPDI). Dabei werden Bakterien schnell und effizient abgetötet: Mittels Lichtenergie wird in der Zelle ein Prozess in Gang gesetzt, bei dem hochreaktive zelltoxische Sauerstoffspezies (sog. reactive oxygen species, ROS) entstehen. Im Gegensatz zur Behandlung von Krankheitserregern mit konventionellen Antibiotika weist diese Anwendung sogenannter Photosensitizer einige Vorteile auf: Die giftigen ROS wechselwirken in kürzester Zeit mit verschiedenen Bestandteilen der bakteriellen Zelle, etwa der Zellmembran oder der DNA, wodurch eine Vielzahl verschiedener Bakterien einschließlich multiresistenter Krankheitskeime abgetötet werden. Gleichzeitig vermindern die hohe Reaktivität und die damit verbundene kurze Lebenszeit der ROS die Entstehung neuer resistenter Keime. Die Wirkung von Photosensitizern ist aufgrund der genannten Eigenschaften jedoch häufig unspezifisch.

Die Forscher wiesen nun nach, dass Flavin-bindende Fluoreszenzproteine als genetisch kodierte Photosensitizer eingesetzt werden können. Durch die Expression der entsprechenden Gene in Escherichia coli konnten diese Bakterien selektiv und sehr effektiv inaktiviert werden, wenn man sie kurz blauem Licht aussetzte. Mithilfe molekulargenetischer Methoden können die Photosensitizer-Proteine in Zukunft an Bindeproteine wie etwa Antikörper fusioniert werden, wodurch diese zu speziesspezifischen Licht-gesteuerten Antibiotika weiterentwickelt werden könnten.

Originalveröffentlichung:
Stephan Endres, Marcus Wingen, Joaquim Torra, Rubén Ruiz-González, Tino Polen, Gabriela Bosio, Nora Lisa Bitzenhofer, Fabienne Hilgers, Thomas Gensch, Santi Nonell, Karl-Erich Jaeger & Thomas Drepper. An optogenetic toolbox of LOV-based photosensitizers for light-driven killing of bacteria. (2018) Scientific Reports 8:15021, DOI:10.1038/s41598-018-33291

Institut für Molekulare Enzymtechnologie (IMET)

Institut für Bio-und Geowissenschaften, Bereich Biotechnologie (IBG-1)

Institute of Complex Systems, Bereich Zelluläre Biophysik (ICS-4)

Pressemitteilung "Fluoreszierende Proteine in neuen Farben" (24. 2. 2017)


Servicemenü

Homepage