Peptid-Membran Wechselwirkung in orientierten Systemen

Als Folge eines Übermäßigen und oft auch ungeeigneten Einsatzes von Antibiotika in Human- und Tiermedizin wird weltweit ein drastischer Anstieg pathogener Bakterienstämme beobachtet, welche gegen Antibiotika multi- resistent sind. Eine mögliche Strategie zur Entwicklung neuer Antibiotika basiert auf sogenannten Abwehrpeptiden, welche die Barrierefunktion von Zellmembranen zerstören können, wobei sie eine hohe Spezifität in ihrer Wirkungsweise gegenüber der Zusammensetzung der Zellmembranen aufweisen. Ein Verständnis des Zusammenhanges zwischen Struktur und Funktion dieser Peptide ist der Schlüssel zu einer industriellen Produktion neuer, auf Abwehrpeptiden basierender, Antibiotika und letztendlich zu deren medizinischen Anwendung. Mit dem vorgeschlagenen Projekt soll eine Methode entwickelt werden, die es erstmals erlaubt Peptid-Membran Wechselwirkungen in orientierten Systemen bei vollständiger Hydratation, d.h., unter physiologisch relevanten Bedingungen, zu untersuchen. Als Messmethode kommt dabei Röntgendiffraktion zum Einsatz. Das Konzept dieses Ansatzes beruht dabei darauf, dass a) orientierte Membran/Wasser Schichten nunmehr durch Wasserdampf vollständig hydratisiert werden können, und b) die zweidimensionalen Röntgendiffraktogramme sowohl Information über die Membranstruktur, als auch über deren mechanischen Eigenschaften enthalten. Ein Modell, welches es erlaubt den gesamten zweidimensional Röntgendatensatz zu analysieren, soll in einer Zusammenarbeit mit der Gruppe von John F. Nagle (Carnegie Mellon University, Pittsburgh, USA) entwickelt werden. Dieses Modell ermöglicht dann die Untersuchung der Auswirkungen verschiedenster Peptide auf die physikalischen Parameter, d.h. Struktur und mechanische Eigenschaften, der Lipid-Membranen. Membransysteme werden somit erstmals als Sonde für die Aktivität der Peptide verwendet werden. Die Untersuchungen unterscheiden sich von bisherigen Studien an orientierten Peptide-Membrane Schichten, indem sie bei vollständiger Hydratation durchgeführt und weiters in Bezug auf deren mechanischen Parameter analysiert werden. Im Vergleich zu früheren Experimenten, welche eine relativ hohe Peptidkonzentration benötigten ist diese Methode überdies sehr sensitiv und erkennt auch kleine Mengen an Peptid - in der Größenordnung von 1 mol% und weniger. Dieser Ansatz sollte daher helfen z.B. den Mechanismus der Peptid induzierten Porenbildung unter physiologischen Bedingungen zu verstehen und somit einen wichtigen Beitrag zur Klärung gegenwärtig widersprüchlicher Modellvorstellungen zur Porenbildung und zur antibiotischen Aktivität der Peptide liefern.