Zuckermaschine im Dienste der Medizin

„Über die Hälfte aller Proteine bei Menschen, Tieren und Pilzen werden mit Zuckern versehen“, sagt Christian Lizak, Molekularbiologe im SNF. Die Zucker sorgen dafür, dass die Eiweiße nur korrekt gefaltet in Umlauf gelangen und verleihen vielen dieser Lebensbausteine erst ihre Funktion. Doch wie gelangen kurze Ketten aus Zuckermolekülen an die Eiweiße? Für das Ankleben zuständig ist das Enzym mit dem komplizierten Namen Oligosaccharyltransferase.

Lizak und das Team um Kaspar Locher und Markus Aebi von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich haben kürzlich die Struktur dieses Enzyms im Bakterium Campylobacter lari entschlüsselt. „Aufgrund der Struktur können wir jetzt sagen, wie das Enzym Eiweiße erkennt und wie es die Zuckerketten daran befestigt“, sagt Lizak. Diese Erkenntnisse sind aber nicht nur für Bakterien relevant, in denen die süßen Eiweiße weit weniger verbreitet sind als in anderen Lebewesen. Das bakterielle Enzym ist zwar im Vergleich zur menschlichen Variante einfacher gebaut, ihre zentralen Wirkungsregionen sind sich aber sehr ähnlich. Das Bakterienenzym kann deswegen nun als Modell dienen, um das entsprechende Enzym bei Mensch und Tier genauer zu untersuchen.

Doch das ist nicht alles: Die Forschenden arbeiten bereits an praktischen Anwendungen ihrer Entdeckung. Eine ihrer Strategien richtet sich gegen verschiedene Krankheitserreger, die schwere Infektionen wie Lungen- und Hirnhautentzündungen oder Durchfallerkrankungen verursachen. Diese Bakterien tragen auf ihrer Oberfläche spezielle Zuckerketten. Sie sind das entscheidende Merkmal, an dem das menschliche Immunsystem den Krankheitserreger erkennt. Deshalb möchten die Forschenden die Zuckerketten für eine Impfstrategie benutzen. Dazu soll in harmlosen Zuchtbakterien die Oligosaccharyltransferase so verändert werden, dass sie Eiweiße mit den Zuckerketten der Erreger verbindet. Diese gezuckerten Eiweiße könnten dann Menschen als Impfstoff verabreicht werden. Die erhoffte Folge: Das menschliche Immunsystem baut Abwehrkräfte gegen die „bösen“ Zucker auf. Es erkennt später im Fall einer Infektion die Bakterien rasch und tötet sie ab.

Eine andere, mögliche Anwendung besteht darin, die Oligosaccharyltransferase von Campylobacter, einem wichtigen Erreger von Magen-Darmerkrankungen, gezielt zu hemmen. Die Forschenden untersuchen derzeit, mit welchen Molekülen sich die Wirkungszentren des Enzyms blockieren lassen. Ohne Zuckermaschine wäre das Bakterium nicht mehr in der Lage, sich im Darm von Geflügel anzusiedeln. Hühner vertragen das Bakterium zwar gut, aber wenn Menschen ungenügend erhitztes Geflügelfleisch essen, können sie sich einen schweren Durchfall holen. Gelänge es, die bakterielle Zuckermaschine auszuschalten, ließe sich Campylobacter aus die Nahrungskette des Menschen entfernen.

MEDICA.de; Quelle: Schweizerischer Nationalfonds SNF