Resistente Keime sind ein ernstzunehmendes Problem in der Gesundheitsversorgung. Schätzungen zufolge entwickeln allein in Deutschland jährlich bis zu 30.000 Menschen eine Infektion mit multiresistenten Erregern, mehrere Tausend von ihnen sterben daran, weltweit mindestens 1,2 Millionen.
„Resistenzen können dadurch entstehen, dass Antibiotika, die grundsätzlich gut wirken, nicht mehr in die Erregerzelle gelangen“, sagt Prof. Dr. Rainer Böckmann, der die Arbeitsgruppe Computational Biology am Department Biologie der FAU leitet. „Verantwortlich dafür sind Veränderungen in der Zusammensetzung und Struktur der Zellmembranen.“ Bisher gibt es kaum Erkenntnisse dazu, wie die Diffusion von Antibiotika in die Zellen verbessert werden kann.
Gemeinsam mit Forschungsgruppen des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien in Jena, des Leibniz-Lungenzentrums Borstel und des Leibniz-Instituts für Virologie in Hamburg will Rainer Böckmann die synergistische Wirkung sogenannter membran-aktiver Peptide in Kombination mit klassischen Antibiotika genauer untersuchen.
Zu diesem Zweck soll eine analytische Plattform eingerichtet werden, die eine Erforschung der spezifischen Interaktionen zwischen den Peptiden und bakteriellen Membranen ermöglicht. Böckmann: „Wir setzen hochauflösende Mikroskopie ein, führen elektrophysiologische und spektroskopische Experimente durch und nutzen computergestützte Modellierungen, um diese komplexen Vorgänge zu entschlüsseln.”
Computersimulationen zur Entwicklung neuer Antibiotika
Die Böckmann-Gruppe, die auf die computergestützte Erforschung der Struktur, Dynamik und Funktion biologischer Membranen spezialisiert ist, wird im Konsortium den Part der Modellierungen übernehmen. „Wir werden Zellmembranen im Computer nachbauen und simulieren, wie verschiedene Peptide an die Membranen binden und deren Eigenschaften verändern“, sagt Rainer Böckmann.
Die Ergebnisse aus dem Verbundprojekt sollen wichtige Einblicke in die Resistenzmechanismen gegenüber herkömmlichen Therapien liefern und den Weg für neuartige antibiotische Behandlungsmethoden ebnen. „Unsere große Hoffnung ist, dass das gezielte Design antimikrobieller Peptide hilft, die Effizienz klassischer Antibiotika gegen multiresistente Bakterien zu verbessern.”
Die Forschungsarbeit wird für die kommenden drei Jahre mit insgesamt fast einer Million Euro im Rahmen des Leibniz-Programms „Kooperative Exzellenz“ gefördert, ca. 225 000 Euro davon entfallen auf die FAU. Mit dem Programm fördert die Leibniz-Gemeinschaft besonders innovative Vorhaben, für deren Gelingen eine kooperative Vernetzung vorausgesetzt wird.
Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
