Die Entdeckung des Penicillins war ein Meilenstein der Medizingeschichte: Erstmals konnten gefährliche, von Bakterien verursachte Krankheiten, mit einem Medikament bekämpft werden. Dazu zählt etwa die Tuberkulose (TBC), eine Lungenkrankheit, an der zuvor unzählige Menschen gestorben waren.

Doch heute wird die Gefahr durch TBC und andere bakterielle Erreger wieder größer. Denn immer mehr der Krankheitserreger verfügen über eine bestimmte Methode, sich gegen die für sie gefährlichen Medikamente zu wehren. Ein Team von Forschenden der Friedrich-Schiller-Universität Jena unter der Leitung von Ute Hellmich hat jetzt aber einen Weg gefunden, gegen diese Methode vorzugehen.

Wie Bakterien Medikamente mit molekularen Pumpen aushebeln

Ute HellmichBildrechte: Friedrich-Schiller-Universität Jena

Hinter den Resistenzen stecken sogenannte Multi-Drug-Resistance-Pumpen. Das sind kleine Moleküle, die einen für die Bakterie giftigen Stoff binden und aus ihrer Zelle heraustransportieren können. Eine Variante davon sind die sogenannten ABC-Transporter. "Diese Transporter sind hocheffiziente molekulare Maschinen" sagt Professorin Hellmich, die das Forschungsprojekt im Exzellenzcluster "Balance of the Microverse" geleitet hat. "Sie sorgen dafür, dass Antibiotika gar nicht erst dort ankommen, wo sie eigentlich Schaden anrichten sollen."

Die Bakterien verfügen also über eine Art Müllabfuhr, mit der sie immer mehr antibiotische Wirkstoffe einfach loswerden, bevor die Medikamente ihre Wirkung entfalten. Doch der Prozess dahinter ist komplex. Denn die Müllabfuhr muss nicht nur die antibiotischen Stoffe binden. Sie benötigt auch Energie, um das Medikament aus der Zelle zu transportieren. Und diese Energie liefert der Kraftstoff ATP, der unter anderem auch dafür sorgt, dass menschliche Muskeln arbeiten können.

ABC-Transporter: Warum Aminosäuren den Abtransport von Antibiotika steuern

Am Beginn der aktuellen Studie stand die Frage, wie die Bakterien ihre antibiotische Müllabfuhr und die Bereitstellung von Kraftstoff dafür koordinieren. Beide Prozesse werden an verschiedenen Stellen in der Zelle angestoßen. Wie die Forscher jetzt im Fachmagazin "Nature Communications" zeigen, sind die Abläufe aber miteinander verbunden, und zwar in beide Richtungen.

In dem ABC-Transporter gibt es ein Set von bestimmten Aminosäuren. Es wirkt wie eine Schnittstelle für die Kommunikation. Der Mechanismus registriert auf der einen Seite, ob ein Antibiotikum an das Molekül angedockt hat, und auf der anderen Seite, ob der Kraftstoff ATP einsatzbereit ist. Ist beides der Fall, lösen die Aminosäuren den Abtransport aus.

Neue Strategie gegen Antibiotika-Resistenzen: Die Pumpen der Bakterien lahmlegen

Das Team aus Jena löste durch genetische Manipulation verschiedene Mutationen bei Bakterien aus. Dabei könnten die Forschenden dafür sorgen, dass der ABC-Transporter den antibiotischen Wirkstoff nicht mehr binden konnte. Zugleich wurde aber weiterhin ATP-Kraftstoff verbraucht. Dadurch verbrauchten die Bakterien ihre Energie, während die für sie gefährlichen Gifte in der Zelle blieben.

Ute Hellmich hofft, dass es auch gelingt, mit Wirkstoffen die Arbeit der Aminosäuren zu behindern. "Wenn es gelingt, diese interne Kommunikation in der Antibiotikapumpe gezielt zu stören, könnten bestehende Antibiotika wieder wirksamer werden." In diesem Fall müssten keine teuren neuen Medikamente entwickelt werden, sondern alte Wirkstoffe wären wieder einsetzbar.

Links/Studien

  • Carrillo,Victor Hugo Pérez et al.(2025): Bidirectional communication between nucleotide and substrate binding sites in a type IV multidrug ABC transporter, Nature Communications

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