Die Schleuse

Wissenschaftler am Hallenser ZIK "HALOmem" haben entschlüsselt, wie Antibiotika von Membranproteinen ausgeschleust und wirkungslos gemacht werden. „Ist der Mechanismus erkannt, kann man auch etwas dagegen tun“, sagt ZIK-Direktor Milton T. Stubbs.

„2018 ist ein ereignisreiches Jahr gewesen“, resümiert Milton T. Stubbs, Direktor des Zentrums für Innovationskompetenz (ZIK) "HALOmem – membrane protein structure & dynamics". Der Professor für Physikalische Biotechnologie ist zudem Sprecher des Proteinzentrums, das im Frühjahr sein neues Domizil bezog. Der 43 Millionen Euro teure Neubau auf dem Weinbergcampus der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg ist nach dem jüdischen Wissenschaftler Charles Tanford (1921-2009) benannt. Der Pionier der Proteinforschung wurde in Halle geboren und erforschte in den USA die Stabilität der Proteinstruktur.

Auf Tanfordschem Weg

Die Nachwuchsforschungsgruppen des ZIK HALOmem bauen den Tanfordschen Weg weiter aus und untersuchen die Struktur und Dynamik von Membranproteinen, die für die Steuerung und Regulierung lebenswichtiger Funktionen im menschlichen Körper verantwortlich sind. HALOmem kommt dabei den Geheimnissen der Proteine bis auf einen Zehntelnanometer auf die Spur. „Wir können mit unseren Methoden einzelne Atome sichtbar machen. Nur mit Hilfe einer derart hohen Auflösung lassen sich die molekularen Details von Proteinen erkennen und ihre Funktionsweise verstehen“, sagt Stubbs.

Der Neubau verfügt über modernste Geräte, unter anderem aus den Gebieten der Röntgenstrukturanalyse, der NMR-Spektroskopie, der Peptidchemie, der Massenspektrometrie und der hochauflösenden Lichtmikroskopie. Auch die fußläufigen Wege sind optimal. Im neuen Domizil arbeitet das gesamte HALOmem-Team – anders als vorher – in einem Gebäude und auf einer Etage. Und wenn Stubbs aus seinem Bürofenster schaut, kann er in das ZIK-Labor im Seitentrakt hineinschauen und seine jungen Wissenschaftler beim Forschen beobachten: „Praktisch“, meint er schmunzelnd.

Wie ein offenes Buch

Einen Erfolg aus wissenschaftlicher Sicht hat die HALOmem-Nachwuchsgruppe „Membranproteinbiochemie“, geleitet von Mikio Tanabe, 2018 publik gemacht. Ihr ist es gelungen, ein Membranprotein aus E.coli-Bakterien zu isolieren und dessen Funktionsweise zu erforschen.

Milton T. Stubbs, Direktor des ZIK HALOmem

Milton T. Stubbs veranschaulicht den Resistenzmechanismus eines Membranproteins anhand einer Zeichnung. 

PRpetuum GmbH

MdFA – der kryptische Name des Proteins sagt kaum jemandem etwas, wohl aber dessen Wirkung: „Es ist eines der Proteine, die für die Antibiotikaresistenz der E.coli-Bakterien verantwortlich sind“, sagt Milton T. Stubbs und veranschaulicht dessen dreidimensionale Struktur anhand einer Zeichnung. Diese sieht aus wie ein aufgeklapptes Buch. In den Spalt könne das Antibiotikum zwar eindringen, aber das Protein könne sich auch zur anderen Seite aufklappen und das Wirkmittel wieder hinausschleusen, erklärt Stubbs. Die Wissenschaft führt solche Resistenzen zu einem Großteil auf die unsachgemäße Einnahme von Antibiotika zurück. Bei vorzeitigem Abbruch einer Antibiotikumbehandlung können sich die Bakterien wieder gut und schnell vermehren und sogar ihre Resistenzgene untereinander austauschen.

Für die Untersuchung mit der Röntgenkristallografie musste das Protein isoliert und kristallisiert werden. Großes Interesse an den Ergebnissen haben Medizin- und Pharmaforschung. „Mit den Erkenntnissen darüber, wie dem Protein das Ausschleusen des Wirkstoffes gelingt, könnte etwa eine Art Keil entwickelt werden, der das verhindert“, drückt es Stubbs vereinfacht aus – und dabei ein Auge zu. Wie meist in der Wissenschaft ist das alles nicht so einfach, wie es sich anhört.