Röntgenlaser filmt Bakterien-induzierte Antibiotika-Inaktivierung
November 2021
University of Wisconsin-Milwaukee, Milwaukee, USA
Das vermehrte Auftreten von Antibiotikaresistenzen erschwert zunehmend die Behandlung bakterieller Erkrankungen. In der vorliegenden Studie wurde die katalytische Inaktivierung des Cephalosporin-Antibiotikums Ceftriaxon durch das Enzym Beta-Laktamase von Tuberkuloseerregern untersucht. Eine neu entwickelte Mix-and-Inject-Technik ermöglicht nun in Kombination mit einem hochauflösenden Freien-Elektronen-Röntgenlaser (XFEL) atomgenaue Zeitlupenaufnahmen von Enzym-Substrat-Reaktionen und liefert neue Erkenntnisse über die räumliche Struktur, Anordnung und Verbindung von Biomolekülen. Zur biomedizinischen Analyse wurden die zu untersuchenden Enzymmoleküle in synthetisierten Mikro-Kristallen dreidimensional angeordnet, durch die die Forscher das Antibiotikum (AB) kontrolliert hindurchdiffundieren ließen. Die Kristalle wurden dann zum exakt errechneten Zeitpunkt der Enzym-Substrat-Reaktion mit dem XFEL bestrahlt. Die Ergebnisse zeigten, dass das AB innerhalb weniger Millisekunden an zwei Bindungsstellen der Beta-Laktamase andockte und inaktiviert wurde. Die Forschungsgruppe führte eine weitere Versuchsreihe durch, in der sie den Enzym-Inhibitor Sulbactam durch die Kristalle hindurch diffundieren ließen. Es zeigte sich, dass der Inhibitor alle vier Bindungsstellen der Beta-Laktamase besetzte und auch bereits gebildete AB-Resistenzen wieder deaktiviert werden konnten. Die Forscher möchten zukünftig noch weitere „Momentaufnahmen“ generieren, um den gesamten Prozess nachvollziehen zu können. Die Methode ermöglicht erstmalig einen Echtzeitblick in die aktiven Zentren eines Enzyms während der Substratbindung und könnte somit ein wertvolles Instrument für zukünftige biomedizinische Forschung darstellen.
Observation of substrate diffusion and ligand binding in enzyme crystals using high-repetition-rate mix-and-inject serial crystallography
Marius Schmidt
Eingestellt am: 07.08.2022
[1] https://journals.iucr.org/m/issues/2021/06/00/mf5055/index.html[2] https://www.bionity.com/en/news/1172932/filming-antibiotic-resistance-in-slow-motion.html
