Antimikrobielle Peptide an Metrology Light Source untersucht
Forschungsteam der PTB in Adlershof beobachtete molekulare Interaktionen von Peptiden, die als alternative Wirkstoffkandidaten für herkömmliche Antibiotika in Frage kommen
Die Ferninfrarot-Spektroskopie im so genannten THz-Spektralbereich (Wellenzahlen von 40 cm-1 bis 400 cm-1) ermöglicht die non-invasive Beobachtung der biomolekularen Wechselwirkung durch den Nachweis schwingungsspektroskopischer Fingerabdrücke. Im THz-Spektralbereich lassen sich die Schwingungsmoden der intramolekularen Wasserstoff (H)-Bindungen detektieren. H-Bindungen bestimmen wesentlich die Reaktionen von Eiweißmolekülen untereinander. Die spektroskopischen Fingerabdrücke wurden hier genutzt, um inter- und intramolekulare Strukturveränderungen (Konformationsänderungen) der Biomoleküle sowie die temperaturabhängige feinstrukturelle Reorganisation nachzuverfolgen.
Die Metrology Light Source, der Elektronenspeicherring der PTB, eignet sich besonders gut als breitbandige Strahlungsquelle im THz-Spektralbereich. Die Ferninfrarot-Spektroskopie wurde hier erfolgreich eingesetzt zur Charakterisierung antimikrobieller α-helikaler Peptide, die verschiedene faltungsbasierte Interaktionen mit einem spezifischen phospholipidbasierten Membran-Typus eingehen. Es wurde gezeigt, dass es infolge der Peptid-Membran Wechselwirkung zur Formierung einer dreidimensionalen Struktur im Peptid kommt. Gleichermaßen wird die Membranstruktur verändert, indem sich Poren ausbilden durch Einlagerung der Peptide bis hin zur Läsion der Membran. Antimikrobielle Peptide sind Bestandteil des angeborenen menschlichen Immunsystems (Effektor-Moleküle), die vorzugsweise bakterielle Zellwände angreifen, indem sie sich in den Zellporen bzw. Zellwänden ansammeln und letztere durch Konformationsänderungen destabilisieren, bis hin zum Zelltod. Das macht sie zu sehr potenten alternativen Wirkstoffkandidaten für herkömmliche Antibiotika.
Die Forschungsarbeiten, basierend auf dem Vorhaben HLT10 ‘Metrology for biomolecular origin of disease’ im Europäischen Metrologieprogramm EMRP, wurden in Kooperation mit dem ELETTRA Synchrotron Trieste (ITA), dem National Physical Laboratory (GBR) und der Universität Potsdam durchgeführt.
Veröffentlichung:
Investigating Membrane-Mediated Antimicrobial Peptide Interactions with Synchrotron Radiation Far-Infrared Spectroscopy
A. Hornemann, D. M. Eichert, A. Hoehl, B. Tiersch, G. Ulm, M. G. Ryadnov, and B. Beckhoff
ChemPhysChem 2022, DOI: https://doi.org/10.1002/cphc.202100815
Ansprechpartner:
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Andrea Hornemann
Arbeitsgruppe 7.11 IR-Spektrometrie
E-Mail: Andrea.Hornemann(at)ptb.de
Burkhard Beckhoff
Arbeitsgruppe 7.24 Röntgenspektrometrie
E-Mail: Burkhard.Beckhoff(at)ptb.de
Pressemitteilung PTB vom 16.02.2022