Verbund

RESET-ME - Wiederherstellung der Antibiotikasensitivität in E. coli durch Blockierung des TolC-vermittelten Effluxes

Antibiotikaresistente Bakterien stellen ein zunehmendes Risiko für die Gesundheit dar. Sie sind unter anderem für Krankenhausinfektionen (sogenannte nosokomiale Infektionen) verantwortlich. Daher ist Forschung zur Entstehung der Resistenzen und ihrer Überwindung von größter Wichtigkeit.

Ein bedeutender Faktor für die Medikamentenresistenz von Bakterien ist deren gesteigerte Ausbildung von Mechanismen (Effluxpumpen), die Antibiotika aktiv aus dem Zellinneren entfernen. In Escherichia coli zählt das Protein „TolC“ (tolerance to colicidin E1) zu diesen Effluxpumpen. Es ist bekannt, dass das Fehlen dieses Proteins nachweislich zu einer erhöhten Anfälligkeit der Bakterien für mehrere Antibiotika führt. TolC ist daher ein attraktives Zielmolekül für neue Medikamente. Vor kurzem wurde die erste organische Substanz identifiziert, die die TolC-Funktion effektiv blockiert. Aufbauend auf diesen Ergebnissen soll nun diese Verbindung weiterentwickelt und parallel dazu neuartige TolC-Blocker in einem interdisziplinären Konsortium identifiziert werden. Letztendlich wird dieser Ansatz zu potenten TolC-Blockern führen, die zu Medikamenten weiterentwickelt werden können, welche die Empfindlichkeit von Bakterien für Antibiotika wiederherstellen.

Das Vorhaben ist Teil eines transnationalen Forschungsverbundes im Rahmen der Joint Programming Initiative zu antimikrobieller Resistenz (JPIAMR). In dem Verbund arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Deutschland, Finnland, Lettland und Italien gemeinsam an der Lösung dieser Forschungsfrage. Mit der Fördermaßnahme wird das Ziel verfolgt, sich ergänzende Expertisen und Ressourcen von einschlägig qualifizierten Arbeitsgruppen aus den teilnehmenden Ländern zusammenzuführen. Durch kooperative Forschungsansätze sollen Fortschritte bei Prävention, Surveillance und Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen erzielt werden, die allein auf nationaler Ebene nicht zu erreichen sind.

Teilprojekte

Anteil IME

Förderkennzeichen: 01KI1827A
Gesamte Fördersumme: 474.419 EUR
Förderzeitraum: 2019 - 2022
Projektleitung: Dr. Björn Windshügel
Adresse: Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie (IME)
Schnackenburgallee 114
22525 Hamburg

Anteil IME

Die Effluxpumpe AcrAB-TolC transportiert Antibiotika aus E. coli-Bakterien, so dass die Wirksamkeit der Antbiotika deutlich reduziert wird. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Wirkstoffen, welche die Effluxpumpen-Untereinheit TolC blockieren und so die Empfindlichkeit von E. coli–Bakterien für Antibiotika wiederherstellen.

Proteine und Elektrophysiologie

Förderkennzeichen: 01KI1827B
Gesamte Fördersumme: 300.803 EUR
Förderzeitraum: 2019 - 2022
Projektleitung: Prof. Dr. Mathias Winterhalter
Adresse: Jacobs University Bremen gGmbH
Campus Ring 1
28759 Bremen

Proteine und Elektrophysiologie

Effluxpumpen sind ein wichtiger Faktor für die Medikamentenresistenz bei Gram-negativen Bakterien. In E. coli transportiert zum Beispiel der AcrAB-TolC-Komplex Antibiotika aus dem Periplasma oder Zytoplasma in das externe Medium. In diesem Konsortium wurde über eine Kombination von einem virtuellen Screening und experimenteller Validierung der in silico-Hits durch Oberflächenplasmonresonanz-Messungen (SPR) sowie elektrophysiologische Studien eine organische Substanz identifiziert, welche die TolC-Funktion effektiv blockiert. Aufbauend auf diesen Ergebnissen soll diese Verbindung weiterentwickelt und parallel dazu neuartige TolC-Blocker  identifiziert weiterentwickelt werden. Der bereits bekannte Blocker wird in drei Optimierungsrunden weiterentwickelt. Jede Runde umfasst Substanzmodifikationen durch medizinalchemische Methoden, die Beurteilung der TolC-Bindung und -Blockierung durch Oberflächenplasmonresonanz und Elektrophysiologie, sowie verschiedene antimikrobielle Studien und ADMETox-Profile. Die Aufgabe des Teams an der Jacobs University ist es, die notwendigen Membranproteine zu produzieren und geeignete Mutanten zur Überprüfung der Bindung herzustellen und die Substanzen elektrophysiologisch zu charakterisieren.