Medizin Uni Zürich: «Aushungerung» von Tuberkulose

An der Universität Zürich (UZH) ist man einer Methode auf der Spur, wie Tuberkulose-Bakterien «ausgehungert» werden können. Forschende haben die Struktur des Proteins entschlüsselt, welches das für das Bakterium überlebenswichtige Eisen transportiert.

Die Tuberkulose führt die weltweite Statistik der tödlichen Infektionskrankheiten an. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation WHO starben 2019 rund 1,5 Millionen Menschen an dieser Krankheit, die vorwiegend die Lunge befällt.

An sich ist Tuberkulose therapierbar. Allerdings gibt es immer mehr multiresistente Mycobakterium-tuberculosis-Stämme, die gegen viele der wirksamsten Tuberkulose-Antibiotika unempfindlich sind. Neue Medikamente zur Behandlung der Infektionskrankheit sind also dringend von Nöten. Dies umso mehr, als möglicherweise durch Covid-19 geschwächte Patienten besonders anfällig sind für Tuberkulose, wie Markus Seeger, der Leiter des Forschungsteams, sagt.

Die Wissenschaftler haben den Weg zu einem neuen Heilmittel vorgespurt: Sie haben das Eiweiss IrtAB, das für den Eisentransport von der Wirtszelle in das Bakterium verantwortlich ist, im Detail analysiert. Ein nächster Schritt wäre ein Medikament, welches das «Taxiprotein» beschädigt oder eliminiert. «Fehlt IrtAB oder funktioniert es nicht, kann sich M. tuberculosis in der menschlichen Zelle nicht mehr vermehren», sagt Seeger.

Wie sich die Bazille Eisen beschafft

Alle lebenden Organismen, auch Krankheitserreger, benötigen Eisen, um überleben zu können, schreiben die Wissenschaftler in einer Mitteilung vom Mittwoch. Wird eine menschliche Zelle mit Krankheitserregern wie M. tuberculosis infiziert, verringert sie die Eisenkonzentration auf ein Minimum und versucht so, den Eindringling auszuhungern.

Die Tuberkulose-Bakterien beginnen darauf, kleine Moleküle – so genannten Mycobactine – freizusetzen, sie schicken gleichsam Zofen auf Einkaufstour. Diese können freies Eisen sehr gut binden und es daher der Wirtszelle entreissen. Das von Mycobactin eingefangene Eisen wird anschliessend vom Protein IrtAB in das Bakterium hinein transportiert.

Überraschende Entdeckung

Mit einer Kombination aus Kryo-Elektronenmikroskopie und Röntgenkristallografie haben die Forschenden erstmals die detaillierte dreidimensionale Struktur des Transportproteins IrtAB bestimmt. Diese Analyse erfolgte in Zusammenarbeit mit Ohad Medalia, Professor am Institut für Biochemie der UZH.

Seinem räumlichen Aufbau zufolge gehört IrtAB zu den sogenannten ABC-Exportern. Diese Eiweisse sind typischerweise dafür zuständig, Moleküle aus einer Bakterienzelle hinauszubefördern. «Wir konnten jedoch zeigen, dass IrtAB die Mycobactine in das Bakterium importiert. Anders als erwartet transportiert es also Moleküle in die entgegengesetzte Richtung», erklärt Seeger.

Gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität von Texas entdeckte das Forscherteam eine weitere Besonderheit des Transportproteins: IrtAB kann das an Mycobactin gebundene Eisen chemisch verändern, nachdem es in das Bakterium importiert wurde. Dadurch wird das Eisen im Zellinnern freigesetzt und das leere Mycobactin kann wiederverwendet werden.