Zwei der dringlichsten Herausforderungen sind der Kampf gegen Nahrungsmittelknappheit und Infektionskrankheiten wie Malaria. Leider verlieren sowohl Herbizide zum Pflanzenschutz als auch Antiinfektiva rapide an Wirksamkeit, da die Zielorganismen Resistenzen entwickeln. Um beide Felder zu bearbeiten, testeten Wissenschaftler Leitstrukturen aus der agrochemischen Forschung auch gegen infektiöse Keime. Ein deutsch-schweizerisches Team hat auf diese Weise neue Wirkstoffkandidaten gefunden, die gegen Malaria helfen könnten, wie es in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet.
„Kürzlich wurden die Enzyme des Mevalonat-unabhängigen Terpenbiosynthesewegs als attraktive Zielstrukturen mit neuartigen Wirkmechanismen für die Entwicklung von Herbiziden und Medikamenten gegen Infektionskrankheiten identifiziert“, erläutert François Diederich von der ETH Zürich (Schweiz). „Dieser Biosyntheseweg findet sich in vielen humanpathogenen Organismen und in Pflanzen, kommt jedoch in Säugetieren nicht vor.“ Entsprechend sollte ein Hemmstoff nur auf Pathogene und Pflanzen toxisch wirken, nicht aber auf Menschen. Diederich und seine Kollegen von der ETH, der TU München, der BASF SE, der Universität Hamburg, des Schweizerischen Tropeninstituts STPHI in Basel und der TU Dresden haben jetzt neue Hemmstoffe entdeckt und deren Wirkungsweise charakterisiert.
Mit sogenannten Hochdurchsatz-Screening-Verfahren untersuchten die Forscher der BASF SE um Matthias Witschel ca. 100.000 Verbindungen auf deren hemmende Wirkung gegenüber pflanzlicher IspD, einem Enzym des besagten Mevalonat-unabhängigen Terpenbiosynthesewegs – und landeten mehrere Treffer. Die interessantesten Verbindungen stammen aus der Klasse der Pseudiline, stark halogenhaltiger Alkaloide aus Meeres-Bakterien, und hemmen IspD deutlich, wie die Forscher an der TU München um Michael Groll in NMR-basierten und um Markus Fischer an der Universität Hamburg in photometrischen Tests feststellten. Michael Groll: „Interessanterweise ist das Gerüst der Pseudiline völlig anders als das eines zuvor entdeckten IspD-Inhibitors. Auch der Wirkmechanismus sollte daher ein anderer sein.“
Um diesen Mechanismus zu erforschen, stellte die Doktorandin Andrea Kunfermann aus der Groll-Gruppe Kokristalle aus den Pseudilinen und IspD-Enzymen her und untersuchte sie mit von Röntgenstrahlen kristallographisch. Es zeigte sich, dass die Pseudiline in einer sogenannten allosterischen Tasche des Enzyms binden. Halogenatome der Pseudiline gehen Halogenbrückenbindungen zum Enzym ein, welche zusätzlich zu Metallionenkoordination für die feste Bindung verantwortlich sind. Durch die Besetzung dieser Tasche verändert sich die Form des Enzyms so, dass ein für die Funktion benötigtes Kosubstrat nicht mehr an seine Bindestelle im aktiven Zentrum andocken kann.
„Die Pseudiline zeigten herbizide Aktivität in Pflanzen-Assays und waren aktiv gegen Plasmodium falciparum, den Erreger der Malaria tropica, der zum Überleben auf den Mevalonat-unabhängigen Biosyntheseweg angewiesen ist“, berichtet Diederich. Die Forscher hoffen, hier einen neuen Ausgangspunkt für eine Malaria-Therapie zu finden.
Eine Forschungsgruppe hat einen einfachen Farbtest auf Lebensmittelkontaminationen mit Salmonellen entwickelt. Kernstück des Tests ist eine neuartige Nukleinsäuresonde, die durch ein Enzym, eine RNase dieser Bakterienart, spezifisch gespalten wird. Wie das Team in der Zeitschrift Angewandte ... mehr
Eine Fehlsteuerung von Serotonin spielt eine Rolle bei vielen psychischen Erkrankungen, wie schweren Depressionen und Angststörungen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellt ein Forschungsteam jetzt einen implantierbare, elektrochemischen Mikrosensor vor, mit dem sich die Dynamik von Se ... mehr
Wasserstoffperoxid als Ziel im Kampf gegen Krebs?
Reaktive Sauerstoffspezies spielen mutmaßlich eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Krebserkrankungen. Ergebnisse einer Studie in der Zeitschrift Angewandte Chemie belegen nun, dass nur der Spiegel von Wasserstoffperoxid, aber nicht der von anderen reaktiven Sauerstoffspezies in Bauch ... mehr
Wie Blutkrebs effektiver bekämpft werden kann
Das Multiple Myelom ist noch immer nicht heilbar. Forschende der ETH Zürich und des Universitätsspitals Zürich haben nun hunderte von Behandlungsmethoden ausserhalb des Körpers ausgetestet, um die beste Behandlungsmöglichkeit mit bestehenden Therapeutika vorauszusagen. Das Multiple Myelom i ... mehr
Genaue Schnelltests aus smartem Graphen-Papier
Ein Team der beiden ETH-Chemieingenieure Chih-Jen Shih und Andrew deMello haben ein Schnelltest-System aus smartem Graphen-Papier entwickelt, das wenige Rappen pro Teststreifen kostet, einfach funktioniert und dabei die Genauigkeit von Labormessungen erreicht. Der Ansatz beeinflusst nic ... mehr
3D-Schnappschüsse von Nanoteilchen
ETH-Forschenden gelingt es, mit extrem kurzen und starken Röntgenpulsen dreidimensionale Bilder von einzelnen Nanoteilchen zu machen. Damit könnten künftig sogar 3D-Filme von dynamischen Prozessen auf der Nanoskala gemacht werden. Seit mehr als hundert Jahren wird Röntgenbeugung eingesetz ... mehr
Elektronenmikroskopie: Nano-Reporter-Proteine machen unsichtbare Prozesse sichtbar
Wie kommunizieren die Nervenzellen unseres Gehirns miteinander? Welche Prozesse laufen ab, wenn eine T-Zelle eine Krebszelle unschädlich macht? Noch immer sind die Details der Mechanismen auf zellulärer Ebene für uns unsichtbar. Spezielle Reporter-Proteine, die ein Forschungsteam unter Leit ... mehr
Neutronen für bessere Impfstoffe gegen multiresistente Keime
Neutronen der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) lassen sich nutzen, um die Struktur von Biomolekülen aufzuspüren. Der jüngste Erfolg: die präzise Analyse eines erfolgversprechenden Impfstoffs gegen multiresistente Keime. Bakterien, die resistent sind gegen alle gängig ... mehr
Neue Röntgentechnologie kann die Covid-19-Diagnose verbessern
Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) hat erstmalig Dunkelfeld-Röntgenaufnahmen von Patient:innen erstellt, die mit dem Corona-Virus infiziert waren. Die Dunkelfeldbilder können im Gegensatz zu konventionellen Röntgenaufnahmen auch die Mikrostruktur des Lungengewebes ... mehr
Pionier-Experiment ebnet Weg zu neuer Abbildungsmethode für einzelne Moleküle
Einem internationalen Forschungsteam ist es erstmals gelungen, Röntgenstrahlen für ein bildgebendes Verfahren zu nutzen, das eine besondere Quanteneigenschaft des Lichts ausnutzt. Wie die Forscherinnen und Forscher im Fachjournal „Physical Review Letters“ schreiben, könnte dieses Verfahren ... mehr
Seltene Einblicke in das Wachstum von Nanopartikeln
Wie genau wachsen Nanopartikel in Lösungen? Forscherinnen und Forscher der Universität Hamburg und von DESY konnten diesen Prozess mit DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III erstmals in Echtzeit verfolgen. Im Fachblatt „Nature Communications“ berichten sie über ihre Beobachtungen mit Hilfe der ... mehr
Neue Mikroskopie-Technik für die Quantensimulation
Forschende vom Institut für Laserphysik der Universität Hamburg haben eine neue Technik für die Quantengasmikroskopie entwickelt, die nun auch die Abbildung dreidimensionaler Quantensysteme ermöglicht. Im Fachmagazin Nature berichten sie über die neue Methode, mit der sich gänzlich neue Ber ... mehr
Der Aufbau von Geweben und Organen ist eine der komplexesten und wichtigsten Aufgaben, die Zellen während der Embryonalentwicklung bewältigen. Bei dieser kollektiven Aufgabe verständigen sie sich durch unterschiedliche Kommunikationsmethoden, darunter biochemische Signale – ähnlich dem Geru ... mehr
In einer aktuellen Publikation des Fachjournals „Advanced Materials“ stellt ein Team aus Physikern und Chemikern der TU Dresden einen organsichen Dünnschichtsensor vor, der eine ganz neue Art der Wellenlängenidentifikation von Licht beschreibt und eine spektrale Auflösung unterhalb eines Na ... mehr
Gerade ist das von der Europäischen Union (EU) mit rd. 3 Millionen Euro geförderte Projekt „Smart Electronic Olfaction for Body Odor Diagnostics“ – kurz SMELLODI – gestartet. Die beteiligten Partnerinstitute aus Deutschland, Israel und Finnland sowie das Dresdner Startup SmartNanotubes Tech ... mehr
Weltweit erste toxikologische Teststrategie ohne Tierversuche von der OECD zugelassen
Die weltweit erste toxikologische Teststrategie ohne Tierversuche wurde jetzt von der OECD (Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung) zugelassen. Die Strategie besteht aus drei einzelnen sogenannten Alternativmethoden. Mit ihnen kann vorhergesagt werden, ob eine Subst ... mehr
Das Institute for In Vitro Sciences (IIVS), das sich auf die Validierung von Alternativmethoden zu Tierversuchen spezialisiert hat, BASF und Givaudan arbeiten zusammen, um eine verbesserte Hautsensibilisierungs-Testmethode zu validieren, die den Anforderungen von Toxikologen und Regulierung ... mehr
Es besteht aus reinem Kohlenstoff und ist ein wahrer Wunderwerkstoff: das Graphen. Es ist nur eine Atomlage dick, härter als Diamant und zugfester als Stahl. Dabei ist es hauchdünn, extrem leicht, sehr flexibel und transparent. Seine extrem hohe Wärme- und Stromleitfähigkeit lässt nicht nur ... mehr
