Erste Experimente an neuem Röntgenlaser enthüllen unbekannte Struktur von Antibiotika-Killer

8. Oktober 2018

Foto: UHH/Markus Perbandt

Die in den Messungen bestimmte dreidimensionale Struktur des Enzyms CTX-M-14-β-Laktamase mit dem daran gebundenen Inhibitor Avibactam am aktiven Zentrum (grün).

Eine große internationale Forschergruppe von rund 125 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern hat die Ergebnisse der ersten wissenschaftlichen Experimente an Europas neuem 3,4 km langen Röntgenlaser, XFEL, im Fachblatt „Nature Communications“ veröffentlicht. Teil des Teams sind auch Christian Betzel und Markus Perbandt vom Institut für Biochemie und Molekularbiologie.

Diese Pionierarbeit zeigt nicht nur, dass der Europäische Röntgenlaser Messungen zur Strukturanalyse von Biomolekülen um mehr als das Zehnfache beschleunigen kann, sondern zukünftig auch die Aufzeichnung von Serien-Schnappschüssen von biochemischen Reaktionsabläufen zwischen Enzymen und ihren Substraten festgehalten werden können.
In diesem Kontext wurde von Christian Betzel und Markus Perbandt in Kooperation mit Wissenschaftlern des UKE eine β-Laktamase aus dem Bakterium Klebsiella pneumoniae für Messungen am XFEL vorbereitet und analysiert. Dieses Enzym spielt aktuell eine extrem wichtige Rolle bei Antibiotika-Resistenzen, da von diesem Bakterium bereits mehrfach resistente Stämme in Krankenhäusern kursieren und manche Krankenhausstämme von Klebsiella pneumoniae bereits auch speziell entwickelte Antibiotika der dritten Generation spalten können.
Zugute kam dem Team des Instituts für Biochemie und Molekularbiologie die ausgewiesene Expertise in der Probenvorbereitung, hier der Kristallisation, der β-Laktamase. Voraussetzung für Diffraktionsdatensammlungen am XFEL sind sehr homogene und konzentrierte Proben-Suspensionen mit bis zu 1012 Kristallen, wobei diese Kristalle alle gleiche Abmessungen im Bereich von ca. 400 nm – 1µm aufweisen müssen, als auch sehr gute interne Ordnung aufweisen müssen.
Die Ergebnisse der Experimente zeigen einzigartig mit 0,17 Nanometern Genauigkeit, wie sich ein ausgewähltes Antibiotikum genau in eine tiefe Furche auf der Enzymoberfläche der β-Laktamase legt. Die Daten und Erkenntnisse liefern weiterhin die Grundlagen für bereits geplante zeitaufgelöste Messungen.

Mehr und ausführliche Details dazu in der Pressemitteilung des DESY unter:
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