Permeation durch den bakteriellen Harnstofftransporter UreI

Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung ist mit Helicobactor pylori, einem Bakterium das den Magenschleim oder die Magenschleimhaut besiedelt, infiziert. Bei vielen Betroffenen führt die Infektion zu Gastritis oder einem Zwölffingerdarm- bzw. Magengeschwür. Da die Standardtherapien mit zunehmenden Antibiotikaresistenzen zu kämpfen haben, sind auf Dauer anderweitige Strategien von Nöten. Einen möglichen Ansatzpunkt bietet der pH-abhängige Harnstoffkanal HpUreI von H. pylori. Er überspannt die innere Membran des von zwei Zellmembranen umgebenen Bakteriums und sorgt dafür, dass H. pylori im sauren Milieu des Magens überleben kann. Dabei transportiert HpUreI Harnstoff von dem zwischen den beiden Membranen liegenden Kompartiment, dem periplasmatischen Raum, in das Zellinnere. Dort wird Harnstoff mit Hilfe eines Enzyms, der Urease, in Ammoniak und Kohlenstoffdioxid gespalten. Diese beiden Stoffe diffundieren zurück ins Periplasma und binden dort Protonen. Somit kann der periplasmatische Raum nur so lange als Pufferzone zwischen dem sauren Magenmilieu und dem neutralen Bakterieninneren dienen, solange HpUreI funktioniert. Um den Kanal mit Arzneistoffen gezielt außer Gefecht setzen zu können, muss zunächst geklärt werden, wie er selektiv Harnstoff und Wasser transportieren kann, ohne Protonen und Wasserstoff Ionen passieren zu lassen. Bisher weiß man, dass HpUreI sanduhrenförmig aufgebaut ist und einen zentralen Selektivitätsfilter aufweist. Dieser besitzt jedoch im Gegensatz zu rein wasserleitenden Kanälen keine elektrostatische Barriere und ist ausschließlich mit ungeladenen und hydrophoben Aminosäuren ausgestattet. Im Zuge des Projektes testen wir, ob der hydrophobe Charakter der Engstelle ausreichend für den Protonausschluss ist oder ob die stark geladenen Ein- und Ausgänge des Kanals ausschlaggebend sind. Dazu reinigen wir HpUreI aus genetisch modifizierten Hefezellen auf und bauen den Kanal in Lipidmembranen ein. Verschiedene Mutanten, die modifizierte Ladungen am Kanalmund oder eine weniger hydrophobe zentrale Engstelle aufweisen, werden uns über die Mechanismen der Substrat Selektivität und den Charakter der Protonenbarriere Aufschluss geben. Der Einsatz von Einzelmolekültechnikenerlaubt, die Anzahl der Protonen, Harnstoff- und Wassermoleküle zu messen. Unsere Vorexperimente haben gezeigt, dass wir HpUreI nicht nur in seinem natürlichen aus sechs Untereinheiten aufgebauten Ringverbund in Membranen einbauen können sondern auch in kleineren Verbünden. Funktionelle Studien an verschieden großen Verbünden werden uns wertvolle Informationen über die Bedeutung der Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Untereinheiten für die Funktion liefern. Die Weiterentwicklung einer auf Lichtstreuung basierende Messmethoden wird den Weg für zukünftige Analyseverfahren mit hohem Durchsatz für die Suche nach Inhibitoren von HpUreI ebnen.