Röntgenlaser hilft bei Schlafkrankheit

Foto: Trypanosoma brucei im Blut

Es ist die erste neue biologische Strukturinformation, die mit einem sogenannten Freie-Elektronen-Laser gewonnen wurde. Mit einem maßgeschneiderten molekularen Stöpsel ließe sich demnach ein lebenswichtiges Enzym des Parasiten Trypanosoma brucei blockieren, wie das Team um Professor Henry Chapman vom Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY, Professor Christian Betzel von der Universität Hamburg und Doktor Lars Redecke von der Universität Lübeck berichtet. "Dies ist die erste neue biologische Struktur, die an einem Freie-Elektronen-Laser entschlüsselt wurde", betont Chapman.

Die Wissenschaftler hatten das Enzym Cathepsin B des Parasiten in kristallisierter Form mit den intensiven Röntgenblitzen der Linac Coherent Light Source LCLS am US-Forschungszentrum SLAC in Kalifornien analysiert. "Das Enzym hatte sich in früheren Untersuchungen als vielversprechender Ansatzpunkt für ein Medikament erwiesen", erläutert Redecke. "Das Ausschalten des Enzyms im Parasiten konnte bei Mäusen die Infektion heilen."

Die Schlafkrankheit, wissenschaftlich als Humane Afrikanische Trypanosomiasis (HAT) bezeichnet, wird durch den Biss der Tsetse-Fliege übertragen. Die Trypanosomen verschanzen sich im zentralen Nervensystem, und ohne Behandlung verläuft die Infektion normalerweise tödlich.

Die Schlafkrankheit wird mit Anti-Parasiten-Medikamenten behandelt, die allerdings ohne genaue Kenntnis der biochemischen Zusammenhänge entwickelt worden und daher weniger zuverlässig und sicher seien als wünschenswert, unterstreichen die Wissenschaftler. Außerdem würden immer mehr Parasiten widerstandsfähig gegen die Mittel. Neue Wirkstoffe, die gezielt die Parasiten töten ohne den Organismus des Patienten zu beeinträchtigen, wären daher von großem Nutzen.

Zur Entschlüsselung der Cathepsin-B-Struktur durchleuchtete das Forscherteam kleine Kristalle aus dem Biomolekül mit der intensiven Röntgenstrahlung. Kristalle streuen Röntgenlicht generell auf charakteristische Weise, und aus den resultierenden Beugungsbildern lässt sich die Struktur des Kristalls und damit in diesem Fall des Enzyms berechnen. Dank der hellen Röntgenblitze konnten die Wissenschaftler die molekulare Struktur des Enzyms mit atomarer Auflösung bestimmen.

Auch wenn diese Art der Röntgenkristallographie von Biomolekülen heute zu den Standardmethoden gehört, gibt es viele Proteine, die im Labor schwer zu kristallisieren sind, wie etwa Cathepsin B. Die Forscher verfolgten daher einen neuartigen Ansatz: Sie ließen Insektenzellen die Enzymkristalle in vivo herstellen. Im Gegensatz zur üblichen Kristallisation, bei der Bakterien das gewünschte Biomolekül herstellen und es nachträglich mit viel Ausschuss im Labor zu möglichst großen Einheiten kristallisiert wird, lieferte nur die In-vivo-Technik brauchbare Kristalle.

COMPAMED.de; Quelle: Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY