Kryo-Elektronenmikroskopie zeigt Wirkstoffziele gegen gewöhnliche Pilze

Die meisten Menschen tragen den Pilz Candida albicans auf ihrem Körper, ohne dass er viele Probleme verursacht. Eine systemische Infektion mit diesem Pilz ist jedoch gefährlich und schwer zu behandeln. Nur wenige antimikrobielle Mittel sind wirksam, und die Arzneimittelresistenz nimmt zu. Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern, darunter Albert Guskov, außerordentlicher Professor an der Universität Groningen, hat die kryogene Einzelpartikel-Elektronenmikroskopie verwendet, um die Struktur des Pilzribosoms zu bestimmen. Ihre Ergebnisse, die in veröffentlicht wurden Wissenschaftliche Fortschritte am 25. Mai ein potenzielles Ziel für neue Medikamente aufdecken.

Candida albicans verursacht normalerweise keine Probleme oder nur eine juckende Hautinfektion, die leicht zu behandeln ist. In seltenen Fällen kann es jedoch zu systemischen Infektionen kommen, die tödlich sein können. Bestehende Antimykotika verursachen viele Nebenwirkungen und sind teuer. Darüber hinaus wird C. albicans immer resistenter gegen Arzneimittel, sodass ein echter Bedarf an neuen Angriffszielen für Arzneimittel besteht. „Wir haben festgestellt, dass keine Antimykotika auf die Proteinsynthese abzielen, während die Hälfte der antibakteriellen Medikamente in dieses System eingreifen“, sagt Guskov. Ein Grund dafür ist, dass Pilzribosomen, die zellulären Maschinen, die den genetischen Code in Proteine ​​übersetzen, bei Menschen und Pilzen sehr ähnlich sind. „Sie bräuchten also ein sehr selektives Medikament, um zu vermeiden, dass unsere eigenen Zellen getötet werden.“

Atomare Auflösung

Daher argumentierten Guskov und seine Mitarbeiter, dass die Ermittlung der Struktur der Ribosomen von C. albicans für die Suche nach Arzneimittelzielen wertvoll wäre. Der klassische Ansatz besteht darin, Kristalle aus gereinigten Ribosomen zu züchten und ihre Struktur mithilfe von Röntgenkristallographie zu bestimmen; Dies ist jedoch eine mühsame Technik. Stattdessen verwendeten sie die Einzelpartikel-Kryogen-Elektronenmikroskopie, bei der eine große Anzahl einzelner Partikel bei sehr niedrigen Temperaturen in einem Elektronenmikroskop abgebildet werden. Die Bilder einzelner Partikel – aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet – werden anschließend zu einer Struktur mit atomarer Auflösung kombiniert.

Mutation

„Auf diese Weise haben wir die Strukturen von freien und Inhibitor-gebundenen Pilz-Ribosomen gelöst und ihre Funktionen mit denen von Ribosomen aus Hefe und Kaninchen verglichen – letzteres als Modell für das menschliche Ribosom – und dies für Ribosomen wiederholt, die an verschiedene Inhibitoren gebunden sind. “, erklärt Guskov. Einer dieser Inhibitoren war das antimikrobielle Cycloheximid (CHX), gegen das C. albicans bekanntermaßen resistent ist. Durch den Vergleich der Strukturen stellten die Wissenschaftler fest, dass eine einzelne Mutation in der E-Stelle, die eine Schlüsselrolle bei der Proteinsynthese spielt, verhindert, dass CHX an C. albicans-Ribosomen bindet. „Die Mutation veränderte eine Aminosäure in der Struktur dieser E-Stelle von Prolin zu Glutamin. Diese Substitution verringert die Größe der Bindungsstelle, sodass der Inhibitor nicht anhaften kann und daher unwirksam ist“, bemerkt Guskov. Ein weiterer Inhibitor, Phyllanthosid, wird durch die Mutation nicht blockiert.

Drohung

„Durch den Vergleich der Strukturen der E-Stellen in freien Ribosomen in C. albicans und Menschen und Informationen darüber, wie verschiedene Inhibitoren an die Stelle binden, können wir einen spezifischen Inhibitor entwickeln, der Pilzribosomen blockiert, aber nicht die von Menschen. Dies wäre dann ein selektives Medikament zur Behandlung von Pilzinfektionen“, beobachtet Guskov. Die Wissenschaftler durchmustern derzeit Bibliotheken von Molekülen, um Arzneimittelleitlinien zu finden. „Es ist äußerst schwierig, einen Impfstoff gegen C. albicans zu entwickeln, wie wir es für das Coronavirus getan haben. Wir brauchen also Medikamente zur Behandlung systemischer Infektionen“, erklärt er. „Die zunehmende Arzneimittelresistenz dieses Pilzes ist eine echte Bedrohung. Wenn dies so weitergeht, könnten wir in ernsthafte Schwierigkeiten geraten, wenn keine neuen Medikamente entwickelt werden.“