ArchivDeutsches Ärzteblatt42/2009Nobelpreis für Chemie: Antibiotikaentwicklung gefördert

MEDIZINREPORT

Nobelpreis für Chemie: Antibiotikaentwicklung gefördert

Dtsch Arztebl 2009; 106(42): A-2053 / B-1759 / C-1723

Siegmund-Schultze, Nicola

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Ribosomen, hier aus einem Zellmodell vergrößert, produzieren wie am Fließband: ein Protein pro Sekunde. Abbildung: picture-alliance/medical picture
Ribosomen, hier aus einem Zellmodell vergrößert, produzieren wie am Fließband: ein Protein pro Sekunde. Abbildung: picture-alliance/medical picture
Für die Entschlüsselung der räumlichen Struktur der Ribosomen sind drei Wissenschaftler ausgezeichnet worden. Ihre Arbeiten hätten wesentlich zur Entwicklung und Optimierung von Antibiotika beigetragen, so das Nobelpreiskomitee.

Ohne sie geht nichts in der Zelle: Ribosomen sind das Kernstück der Eiweißsynthese, in ihnen wird der genetische Code, verschlüsselt in der Boten-RNA, in die Aminosäuresequenz der Proteine umgesetzt. Der diesjährige Chemie-Nobelpreis geht an drei Wissenschaftler, die Struktur und Funktionsweise der Ribosomen aufgeklärt haben: Prof. Dr. rer. nat. Venkatraman Ramakrishnan vom MRC Laboratory of Molecular Biology im britischen Cambridge, an den US-amerikanischen Biophysiker Prof. Dr. rer. nat. Thomas A. Steitz von der Yale University in New Haven und an Prof. Dr. rer. nat. Ada E. Yonath, Direktorin des Helen-und-Milton-A.-Kimmelman-Zentrums für Biomolekulare Struktur und Komplexe am Weizmann-Institut im israelischen Rehovot.

Jede Sekunde verlässt ein neu gebildetes Protein ein Ribosom, wie am Fließband. Die Makromolekülkomplexe, von denen jede Zelle Hunderttausende besitzt, sind äußerst produktiv, und deshalb sind bakterielle Ribosomen eine wichtige Zielstruktur für Antibiotika: für Aminoglykoside, Makrolide, Streptogramine, aber auch neuere Substanzklassen wie Oxazolidinone (Linezolid), die lebensrettend sein können, wenn ältere Antibiotika nicht mehr wirken.

Gezielte Blockade
Die drei Wissenschaftler haben unabhängig voneinander Modelle für die dreidimensionale Struktur der Ribosomen erstellt und damit „entscheidend zur Entwicklung moderner Antibiotika beigetragen, die die Ribosomen von Bakterien blockieren“, begründet das Nobelpreiskomitee die Auszeichnung. Die Entwicklung neuer Substanzen sei notwendiger denn je.

Ribosomen enthalten Ribonukleinsäuren und Proteine. Zwei verschieden große Untereinheiten arbeiten dabei zusammen. Herzstück der Ribosomen ist das Peptidyl-transferasezentrum (PTC), dort findet die Katalyse statt. Wie durch eine Röhre wird die wachsende Peptidkette Schritt für Schritt nach außen geschoben. Die kleinere Ribosomen-untereinheit steuert die „Dechiffriereinheit“ bei und kontrolliert die korrekte Übersetzung der Basenpaarabfolge in die Aminosäureseqenz. Hauptarbeit leisten RNA-Moleküle (Ribozyme), nicht Proteine – auch das ein Ergebnis der Forschung der Nobelpreisträger.

Die dreidimensionale Form der Ribosomen ist mit der Röntgenstrukturanalyse dargestellt worden. Voraussetzung für deren Anwendung war die Kristallisation, die bei den Ribosomen lange wegen ihrer Größe, Flexibilität und funktionellen Heterogenität als unmöglich galt. Die endgültige atomare Struktur lag erst im Jahr 2000 vor.

„Etwa 15 Jahre hat Yonath versucht, gute Kristalle zu erzeugen, die eine hohe Strukturauflösung im Röntgenstrahl brachten“, erinnert sich der ehemalige Mitarbeiter Dr. Frank Schlünzen vom Max-Planck-Institut für Molekulare Genetik in Berlin im Gespräch mit dem Deutschen Ärzteblatt. Schlünzen hat mit Yonath in der Max-Planck-Arbeitsgruppe am DESY in Hamburg geforscht, wo Röntgenstrahlen in einem Synchrotron erzeugt werden.

Mit der von Yonath etablierten Methode der Kryokristallografie bei Temperaturen von –185 Grad Celsius gelang es, ribosomale Komplexe in verschiedenen Phasen der Proteinsynthese zu kristallisieren und die genaue dreidimensionale Struktur und Architektur der kleinen ribosomalen Untereinheit zu bestimmen. Yonath und ihr Team verwendeten unter anderem schwere Atome als Markierungen. Diese stehen aufgrund ihrer hohen Elektronendichte wie Fähnchen auf der ribosomalen Elektronendichtekarte und erlauben eine exakte Lagebestimmung bestimmter Funktionseinheiten innerhalb des Ribosoms. Mithilfe dieser Methode konnte nachgewiesen werden, dass sich Makrolide, Lincosamide und Chloramphenicol nur an die RNA im PTC binden und nicht in Wechselwirkung mit ribosomalen Proteinen treten.

Ada Yonath (Jahrgang 1939) stammt aus Jerusalem, studierte Chemie und Biochemie an der He-bräischen Universität und promovierte am Weizmann-Institut in Rehovot. Nach Aufenthalten in den USA kehrte sie 1970 nach Jerusalem zurück.

Venkatraman Ramakrishnan wurde 1952 in Indien geboren. Ab 1976 studierte er in den USA, zunächst Physik, dann Biologie. 1995 wurde er Professor am Institut für Biochemie der Universität Utah, 1999 wechselte er nach Cambridge.

Thomas Steitz, 1940 in Wisconsin geboren, studierte Chemie. Er promovierte an der Harvard University in Boston, Massachusetts. Seit 1970 arbeitet er an der Yale University in New Haven, Connecticut.
Dr. rer. nat. Nicola Siegmund-Schultze

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