Aus der Forschung
Diese Karte diente dazu, die dreidimensionale Molekülstruktur des Enzyms zu bestimmen. Bild: Karol Nass, CFEL
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Der Schlafkrankheit auf den Leib gerückt
Forscher vom Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY und Kollegen haben mit dem weltstärksten Röntgenlaser eine mögliche Achillesferse des Erregers der Schlafkrankheit enthüllt. Die detaillierte Analyse der entschlüsselten Struktur eines Enzyms des Krankheitserregers liefert nun den Bauplan für ein potenzielles Medikament. Damit gelang erstmals die Auflösung einer neuen biologischen Struktur mit einem Freie-Elektronen-Laser.
Nach WHO-Schätzungen sind im tropischen Afrika über 500.000 Menschen von der Schlafkrankheit betroffen, über 60 Mio. von ihr bedroht. Die auch als Humane Afrikanische Trypanosomiasis (HAT) bezeichnete Erkrankung wird durch den Parasiten Trypanosoma brucei ausgelöst, der durch den Biss der Tsetse-Fliege übertragen wird. Ihren Namen hat die Schlafkrankheit vom typischen Dämmerzustand, in den die Patienten im Endstadium aufgrund schwerer Störungen des Nervensystems fallen. Ohne medizinische Behandlung verläuft die Krankheit in der Regel tödlich. Da die derzeit verwendeten Medikamente nicht ausreichend zuverlässig sind und immer mehr Parasiten eine Resistenz ausbilden, ist die Entwicklung neuer Wirkstoffe von großer Bedeutung.
Das von den Forschern untersuchte Enzym mit dem Namen Cathepsin B ist bereits seit längerem als möglicher Angriffspunkt für Medikamente bekannt. Da es aber außer im Parasiten auch im menschlichen Körper vorkommt, muss ein Medikament ausschließlich gegen die Enzymversion des Erregers gerichtet sein, ohne Auswirkungen auf das menschliche Enzym zu haben.
Zur Entschlüsselung der dreidimensionalen Struktur von Cathepsin B durchleuchtete das Forscherteam kleine Kristalle aus diesem Biomolekül mit der intensiven Röntgenstrahlung der Linac Coherent Light Source (LCLS) am US-Forschungszentrum SLAC in Kalifornien. Die untersuchten Enzymkristalle waren etwa einen tausendstel Millimeter (einen Mikrometer) dick und im Schnitt zehn Mikrometer lang. Kristalle streuen Röntgenlicht in einer charakteristischen Weise, und so konnten die Forscher aus den resultierenden Beugungsbildern die Position der einzelnen Atome im Kristall und damit im Enzym berechnen. Um die Struktur von Cathepsin B zu bestimmen, mussten die Forscher Hunderttausende Beugungsbilder aufnehmen und nachträglich zusammenfügen, wobei jedes Bild immer nur einen Teil der Struktur liefert.
Dabei entdeckten sie eindeutige Unterschiede zwischen dem Cathepsin B des Krankheitserregers und des Menschen. Und genau diese unterschiedlichen Stellen lassen sich als Angriffspunkt für einen neuen, maßgeschneiderten Wirkstoff nutzen, der ganz gezielt das Erreger-Enzym lahmlegt und damit den Erreger tötet. Der nächste Schritt wäre nun die Herstellung und der Test eines solchen Wirkstoffes im Labor. Allerdings sei der Weg zu einem möglichen neuen Medikament noch sehr weit, betonen die Wissenschaftler. Um in Zukunft weitaus mehr dieser grundlegenden Untersuchungen von Biomolekülen zu ermöglichen, ist bereits der Bau eines noch besseren Röntgenlasers im Gange: In Hamburg entsteht zurzeit der Freie-Elektronen-Laser „European XFEL“ mit DESY als Hauptgesellschafter.
