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Donnerstag, 26.05.2016
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Wie Schweiß Mikroben abwehrt

Studie: Kleine Löcher in der Hülle lassen Bakterien dahinsiechen

Das in den menschlichen Schweißdrüsen produzierte Eiweiß Dermcidin wirkt auf der Haut wie ein Antibiotikum und wehrt Infektionen ab. Wie genau dies funktioniert, hat jetzt ein deutsches Forscherteam aufgedeckt. In der Fachzeitschrift „Journal of Biological Chemistry“ (JBC) berichten die Wissenschaftler, dass das Peptid kleine Löcher in der Mikrobenhülle erzeugt. Diese sogenannten Ionenkanäle zerstören das Membranpotenzial und bereiten den Bakterien ein langsames, aber sicheres Ende.
Bakterien

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Die Haut des Menschen stellt nicht nur eine Barriere gegen Fremdstoffe dar, sondern verfügt auch über ein chemisches Abwehrsystem gegen Bakterien, Viren und Pilze. Dazu produziert sie antimikrobielle Peptide, das heißt kurzkettige Aminosäureverbindungen, die sowohl Wachstum und Zusammensetzung der gesunden Hautflora kontrollieren als auch krank machende Mikroorganismen abwehren. Die Herstellung der organischen Verbindungen geschieht zum Teil ständig zum grundlegenden Schutz, zum Teil angeregt durch Infektionen oder Entzündungen.

Dermcidin als natürliche Waffe gegen viele Keime


Das antimikrobielle Peptid Dermcidin stammt aus den Schweißdrüsen und wird mit dem Schweiß auf der Hautoberfläche verteilt. Es bleibt im Säureschutzmantel der Haut stabil und wirkt quasi als natürliche Waffe gegen viele bekannte Keime wie Kolibakterien und Staphylokokken sowie den Hefepilz Candida albicans. Dermcidin wird in seiner aktiven Form in verschiedene Fragmente gespalten, darunter das sowohl fett- als auch wasserliebende Peptid DCD 1L.

Peptid DCD 1L genauer untersucht


Wissenschaftler um die Professorinnen Birgit Schittek von der Universität Tübingen und Anne S. Ulrich vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), haben die antimikrobielle Aktivität von DCD 1L nun genauer untersucht. Die neuen Ergebnisse ermöglichen erstmals, ein molekulares Modell für die antimikrobielle Wirkung eines anionischen Peptids im menschlichen Schweiß zu erstellen.


Die Forscher enthüllten, dass DCD 1L ein außergewöhnlich langes anionisches Peptid ist, das ideal an das salzig-saure Milieu des menschlichen Schweißes angepasst ist. Indem es Ionenkanäle in der bakteriellen Membran bildet und damit das Membranpotenzial zerstört, hindert es die Zelle daran Energie zu gewinnen. Begünstigt wird die Bildung der Ionenkanäle nach Angaben der Wissenschaftler durch das Spurenelement Zink (Zn2+), das eine Selbstorganisation von DCD 1L induziert, wenn das Peptid an bakterielle Lipiddoppelschichten bindet.

Forscher wenden Tricks an


Da es bei der Untersuchung von membrangebundenen Proteinen besonders schwierig ist, die Lipide der Biomembran mit zu berücksichtigen, wendeten die Forscher mehrere Tricks an. Bei der Aufklärung der Peptidwirkung spielten elektro-physiologische Messungen und strukturbiologische Methoden eine wesentliche Rolle.

Suat Özdirekcan vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen untersuchte die Selbstassemblierung von DCD 1L über die Diffusionseigenschaften in einem Membran-imitierenden Lösungsmittel. Die mechanische Zerstörung von Membranen bewies die Tübinger Forscherin Maren Paulmann in Zusammenarbeit mit Thomas Arnold und Dirk Linke vom Max-Planck-Institut anhand der elektrischen Leitfähigkeit durch Lipiddoppelschichten. Annika Kopp und Thomas Gutsmann vom Forschungszentrum Borstel stellten dies dann mittels Rasterkraftmikroskopie bildlich dar.

Die molekulare Struktur von DCD 1L und seine Einbettung in Membranen konnte schließlich Jochen Bürck am Karlsruher Institut für Technologie aufklären. (Journal of Biological Chemistry, 2012; http://www.jbc.org/cgi/doi/10.1074/jbc.M111.332270)
(Karlsruher Institut für Technologie / Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, 13.03.2012 - DLO)