Proteomik-basierte Aufklärung von Antibiotika Wirkmechanismen und Wirkorten

• Antragsteller: Dr. Christoph Senges, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498948856

Die Verbreitung antibiotikaresistenter bakterieller Pathogene ist eine stetig wachsende Bedrohung. Viele Todesfälle der aktuellen COVID-19 Pandemie stehen zum Beispiel im Zusammenhang mit Superinfektionen beatmeter Patienten mit multi-resistenten Bakterien. Da klinisch eingesetzte Antibiotika durch Resistenzen ihre Wirksamkeit verlieren, erwartet die WHO ab 2050 etwa 10 Millionen Todesfälle jährlich auf Grund fehlender Behandlungsoptionen. Um diesen Trend zu stoppen werden dringend neue Antibiotika benötigt. Nach dem Rückzug von „Big Pharma“ aus der Antibiotikaforschung beschreiben immer mehr kleine Unternehmen und universitäre Gruppen vielversprechende Substanzen wie Teixobactin oder Halicin. Ein wichtiger Schritt zur Beurteilung dieser Substanzen ist die Aufklärung ihrer Wirkmechanismen und -orte. Dies ist häufig ein Flaschenhals in der Antibiotikaforschung, der schwer von einzelnen Gruppen geleistet werden kann, da Methoden entweder spezifisch für nur einen Mechanismus sind oder sie spezialisiertes Wissen und Equipment benötigen. Ein Ansatz der die Untersuchung mehrere Wirkmechanismen und -orte in hohem Durchsatz ermöglicht, würde die Antibiotikaforschung deutlich beschleunigen. In dem hier vorgeschlagenen Projekt, werden Proteomik-basierte Methoden entwickelt, um Antibiotika Wirkmechanismen und Protein-Wirkorte zu identifizieren. Zur Aufklärung von Wirkmechanismen wird die Anpassung des bakteriellen Proteoms in Reaktion auf ein Antibiotikum betrachtet. Diese Anpassungen wirken der Störung der bakteriellen Homöostase entgegen (z. B. durch die Induktion eines inhibierten Stoffwechselweges) und sind spezifische Wirkmechanismus-basierte Signaturen, die auch die Untersuchung von nicht-Protein-Wirkorten wie der Membran ermöglichen. Ein Vergleich dieser Proteom-Signaturen erlaubt die schnelle Einteilung in bereits bekannte und neue Wirkmechanismen. Protein-Wirkorte werden basierend auf Veränderungen der Proteinstabilität durch die Bildung eines Substanz-Protein-Komplexes untersucht. Diese Komplexe sind häufig stabiler gegen thermische Entfaltung, wodurch Zielproteine nach Behandlung von Proteinextrakten mit einem Antibiotikum und einem Temperaturgradienten identifiziert werden können. Alle diese Methoden sind Massenspektrometrie-basiert und erlauben Multiplexing durch den Einsatz von „Tandem Mass Tags“. Zur Etablierung der Methoden werden B. subtilis (Gram+) und E. coli (Gram-) sowie eine Reihe bekannter Antibiotika, die die klinisch genutzten Wirkorte abdecken, eingesetzt. Diese Antibiotika dienen als Grundstein für eine Signatur-Datenbank, bevor vielversprechende Substanzen von Kooperationspartnern untersucht werden. Großer Wert wird auf die Optimierung der Probenvorbereitung gelegt, um das bakterielle Proteom möglichst vollständig abzudecken. Die Methoden und Daten dieses Projektes, wie die Signatur-Datenbank, werden in Publikationen, Repositorien und als Web-Tool veröffentlicht um die Antibiotikaforschung zu unterstützen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeber: Professor Dr. R.A. Zubarev