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Wissenschaftlerteam der Universitäten Konstanz, Freiburg und Hohenheim publiziert im Fachmagazin Nature

Wie das Zell-Kraftwerk des gefährlichen Cholera-Erregers aufgebaut ist, und wie es funktioniert, haben jetzt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg, Hohenheim und Konstanz herausgefunden. Die Forscher, unter ihnen der Konstanzer Biologe Prof. Dr. Kay Diederichs, konnten das Zell-Kraftwerk mithilfe der Röntgenkristallographie bis auf die Größe einzelner Atome vermessen und die Funktion aller Einzelteile klären. Damit gehört der Komplex zu den größten Proteinkomplexen, die je detailliert beschrieben wurden. Die Forschungsergebnisse erlauben erstmals, passgenaue Antibiotika zu entwickeln, die auch bei anderen Erregern wirken dürften. Die Studie ist in der Ausgabe vom 4. Dezember 2014 der renommierten Fachzeitschrift Nature erschienen.

Bis zu 3,5 Millionen Menschen erkranken jährlich an Cholera. 100.000 bis 120.000 Menschen sterben daran. Auslöser der fatalen Erkrankung ist das Bakterium Vibrio cholerae, das erstmals im Jahr 1854 beschrieben wurde. Der Krankheitserreger verfügt über eine besondere Energiequelle, eine Natriumionenbatterie, die durch eine molekulare Natriumpumpe aufgeladen wird. Diese Pumpe schleust Ionen aus dem Erreger heraus, so dass die Konzentration innen niedriger ist als außen. Beim Wiedereintritt treiben die Ionen Prozesse wie die Fortbewegung des Erregers an.

Den Aufbau dieser Pumpe hat das Forschungsteam jetzt bis auf die Ebene einzelner Atome beschrieben. „Die Pumpe gehört zu den größten Proteinkomplexen, die je in dieser Detailschärfe strukturell und funktionell beschrieben werden konnten“, schreiben die Wissenschaftler in ihrer Veröffentlichung. „In den vergangenen Jahrzehnten wurden über 100.000 Proteine strukturell beschrieben. Gerade einmal 20 davon sind in ihrer Komplexität mit der Natriumpumpe vergleichbar“, so die Forscher weiter. Diese Arbeiten bilden die Grundlage für die Erforschung neuer, wirkungsvoller Antibiotika, die diese Natriumpumpe – die Achillessehne des Cholara Erregers – hemmen. Solche Antibiotika wären wahrscheinlich nicht allein nur gegen Vibrio cholerae wirksam, sondern auch gegen viele weitere Erreger, etwa von Pest und Hirnhautentzündung, die ebenfalls auf diese Natriumpumpe angewiesen sind.

Original-Titel der Arbeit:
Structure of the V.cholerae Na⁺-pumping NADH:quinone oxidoreductase. Autoren: Julia Steuber, Georg Vohl, Marco S. Casutt, Thomas Vorburger, Kay Diederichs, Günter Fritz