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Mikrobiologen der Humboldt-Universit?t zu Berlin (HU) ist es in Zusammenarbeit mit Physikern der Universit?t Osnabrück gelungen, den Mechanismus der Vitaminaufnahme durch die Zellhülle von Bakterien zu entschlüsseln. Dabei konnten Sie nicht nur erkl?ren, wie die Vitaminabgabe im Inneren der Zelle funktioniert, sondern er?ffnen auch Perspektiven darauf, wie zukünftig Krankheitserreger attackiert werden k?nnten. Die Forschungsergebnisse sind nun in der aktuellen Onlineausgabe der Zeitschrift "Journal of Biological Chemistry" der American Society for Biochemistry and Molecular Biology erschienen.

"Energy-coupling factor (ECF) -Transporter" wurden erst vor wenigen Jahren als v?llig neue Gruppe von biologischen Transportsystemen entdeckt. Sie versorgen viele pathogene Krankheitserreger mit den lebensnotwendigen Substanzen, die diese aufgrund eingeschr?nkter Stoffwechselleistungen selbst nicht herstellen k?nnen. Den Begriff "Energy-coupling factor (ECF)" pr?gten amerikanische Biologen bereits Ende der 1970er Jahre. Sie vermuteten, dass unterschiedliche Vitamintransporter von einer gemeinsam genutzten, damals noch unbekannten Komponente angetrieben werden. In den letzten fünf Jahren haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler durch die Aufkl?rung der Raumstruktur von ECF-Transportern eine wesentliche Basis für die jetzigen Untersuchungen gelegt. Dabei wurden viele Kopien eines ECF-Transporters aus der Zellhülle von Bakterien isoliert und mit Hilfe eines menschlichen Apolipoproteins in kleine Fettscheibchen verpackt, die als Nanodisks bezeichnet werden. "Mit den Nanodisks hatten wir das Handwerkszeug, um einen für das Vitamin Biotin spezifischen ECF-Transporter über einen l?ngeren Zeitraum ohne Aktivit?tsverlust in einer natürlichen Umgebung analysieren zu k?nnen", erl?utert Prof. Erwin Schneider vom Institut für Biologie der HU.

Der Vitamintransport verl?uft in mehreren Teilschritten: Im ersten Schritt wird das universelle Energiespeichermolekül Adenosintriphosphat (ATP) an den Transporter gebunden.?Durch eine folgende Drehbewegung des Proteins wird die Vitaminbindestelle von au?en zug?nglich. Nach Spaltung von ATP rotiert der Transporter zurück und das Vitamin wird im Zellinneren freigesetzt. "Die experimentell nachgewiesene Rotation des vitaminbindenden?Membranproteins ist ein in der Biochemie ?u?erst ungew?hnlicher?Mechanismus", sagt Prof. Thomas Eitinger, ebenfalls Wissenschaftler am Institut für Biologie und Initiator der Studie. Somit?konnten die Biologen unter anderem nach Markierung mit Fluoreszenzfarbstoffen oder Anheftung paramagnetischer Sonden kleinste Bewegungs?nderungen der Komponenten des Biotintransporters relativ zueinander und zur Umgebung detektieren. Unterstützt wurde das Team hierbei von dem Biophysiker Prof. Heinz-Jürgen Steinhoff?von der Universit?t Osnabrück.

Vermutlich arbeiten alle ECF-Transporter nach einem grunds?tzlich ?hnlichen Funktionsprinzip. Die jetzt vorliegenden Kenntnisse über diesen Mechanismus sind eine Grundlage, um ECF-Transporter als m?gliche Achillesferse in Krankheitserregern zu attackieren, zu denen beispielsweise Streptokokken, Staphylokokken, der Produzent des Botulinustoxins und der Tetanuserreger z?hlen.

Originalpublikation

Friedrich Finkenwirth, Michael Sippach, Heidi Landmesser, Franziska Kirsch, Anastasia Ogienko, Miriam Grunzel, Cornelia Kiesler, Heinz-Jürgen Steinhoff, Erwin Schneider, Thomas Eitinger: "ATP-Dependent Conformational Changes Trigger Substrate Capture and Release by an ECF-Type Biotin Transporter", https://dx.doi.org/10.1074/jbc.M115.654343

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Prof. Dr. Thomas Eitinger
Humboldt-Universit?t zu Berlin
Institut für Biologie

Tel.: 030 2093-8103
thomas.eitinger@cms.hu-berlin.de

Prof. Dr. Erwin Schneider
Humboldt-Universit?t zu Berlin
Institut für Biologie

Tel.: 030 2093-8121
erwin.schneider@cms.hu-berlin.de