Die Simulation der antimikrobiellen Wirkung ausgewählter Lantibiotika mittels kombinierter Biosensortechniken

Abstract

Nach Angaben aus dem Jahr 2004 ist die Sepsis die dritthäufigste Todesursache in Deutschland. Weltweit sind Infektionskrankheiten nach Aussagen der Weltgesundheitsorganisation WHO die häufigste Todesursache. Dass Mikroorganismen, darunter vor allem Bakterien, außer Kontrolle geraten und sich unkontrolliert vermehren können, hat seine Ursachen unter anderem in der steigenden Resistenzentwicklung gegen antimikrobielle Substanzen. Neben dem Auftreten multiresistenter Bakterienstämme macht auch die zunehmende Resistenz gegenüber Reserveantibiotika die Entwicklung neuer Antibiotika dringend notwendig.<br /> Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der Substanzklasse der Lantibiotika. Dabei handelt es sich um antimikrobiell wirkende Peptide, die insbesondere in die Synthese der bakteriellen Zellwand eingreifen. Darüber hinaus ist eine Porenbildung in bakteriellen Membranen beschrieben. Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zur Aufklärung der Wirkmechanismen von Lantibiotika. Die Aufklärung der antimikrobiellen Wirkmechanismen der Lantibiotika kann sich exemplarisch auch auf die Entwicklung neuartiger Antibiotika auswirken. Einzelne Schritte im Wirkprozess der Lantibiotika wurden detailliert mit Hilfe der beiden Biosensortechniken Quarzmikrowaage und Zyklische Voltammetrie unter in vitro-Bedingungen an verschiedenen Modellmembranen simuliert. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf dem initialen Bindungsschritt der Peptide und der damit verbundenen Bindungskinetik. Mit Hilfe der Quarzmikrowaage wurden die Bindungsaffinitäten verschiedener Lantibiotika ermittelt. Darüber hinaus war es erstmalig möglich, die an der Bindung der Lantibiotika beteiligten Prozesse der Assoziation und der Dissoziation getrennt voneinander zu betrachten und kinetische Konstanten zu bestimmen. Die Dämpfungsanalyse der Quarzwaage ermöglichte zusätzliche Aussagen zu den viskoelastischen Eigenschaften der gebundenen Peptide an den Modellmembranen.<br /> Durch die Anwendung der Zyklischen Voltammetrie wurden Permeabilitätsänderungen in den Modellmembranen verfolgt, und somit die Rolle des Lipid II für eine Porenbildung der Lantibiotika in die Bakterienmembran besser verstanden.<br /> Die Untersuchung verschiedener Lantibiotika zeigte, dass sich die QCM und die CV ideal ergänzen. Durch die kombinierte Anwendung beider Techniken wurden detaillierte Beiträge zum Wirkmechanismus der Lantibiotika geliefert. Darüber hinaus ermöglichte die Verwendung von Modellmembranen eine einfache und vor allem variable Simulation bakterieller Membranen. Der Einfluss der Zusammensetzung der Membranen auf die Wirkung der Lantibiotika konnte damit eindrucksvoll demonstriert werden.