Hintergrund:
Durch den dauerhaften und weit verbreiteten Einsatz von Antibiotika für human- und tiermedizinische Zwecke wird die Ausbildung von Antibiotikaresistenzen in Bakterien zu einem verstärkt auftretenden Problem. Dies wird durch die Langlebigkeit herkömmlicher Antibiotika in der Umwelt verstärkt. Aus diesem Grund sind alpha-helikale antimikrobielle Peptide (AMPs) in das Interesse der öffentlichen Forschung und der Pharmaindustrie gerückt.
Viele AMPs wirken membranolytisch oder porenbildend, d.h. sie (zer-)stören die Zellmembran von Pathogenen, aber nicht die der menschlichen Zellen. Durch diese Wirkungsweise werden der Ausbildung von Resistenzen in Bakterien deutlich höhere Anforderungen gesetzt. Ein Nachteil von AMPs ist jedoch, dass die Peptide in Lösung keine Struktur aufweisen und sie dadurch besonders anfällig gegenüber enzymatischem Abbau sind. Dies führt zu einer geringen Bioverfügbarkeit im Körper und erschwert ihren Einsatz als antibiotischer Wirkstoff. Die enzymatische Abbaubarkeit wird allerdings zu einem Vorteil, sobald die Peptide in die Umwelt gelangen, wo sie sich schnell zersetzen.

Zielsetzung:
Das Ziel meiner Arbeit ist eine neue Möglichkeit zu erforschen, die Bioverfügbarkeit von AMPs zu erhöhen, um ihren Einsatz als medizinisches Antibiotikum zu erleichtern. Der gewählte Ansatz beinhaltet die Fusion zweier Peptide ein kurzes AMP und das Trp-cage Miniprotein - zum antimikrobiellen Trp-cage (AMTC).
Das Trp-cage-Miniprotein besitzt eine stabil gefaltete Sekundär- und Tertiärstruktur. Durch die Fusion mit einem kurzen AMP soll der zunächst funktionslose Trp-cage die antimikrobiellen Eigenschaften des Fusionspartners erhalten. Es ist meine Hypothese, dass aus der stabileren dreidimensionalen Struktur eine reduzierte enzymatische Abbaubarkeit resultiert, aber die antimikrobielle Aktivität erhalten bleibt. Damit werden Anwendungen als medizinisches Antibiotikum denkbar. Dass die Fusion aus AMP und Trp-cage den biologischen Abbau des Chimärenpeptids komplett verhindert und damit die Umweltverträglichkeit gefährdet ist, ist keinesfalls zu erwarten.

Durchgeführte Untersuchungen:
Zunächst wurden verschiedene AMTCs - basierend auf natürlichen oder de novo-designten AMPs - synthetisiert. Zusammen mit weiteren Peptiden als Referenz wurden die AMTCs in biologischen Studien bezüglich ihrer biologischen Aktivität gegenüber den Modellorganismen Escherichia coli und Bacillus megaterium sowie gegen die pathogenen Bakterien Pseudomonas aeruginosa und Staphylococcus aureus untersucht. Weiterhin wurden Tests durchgeführt, in denen die membranolytische Aktivität der AMTCs gegen menschliche Erythrozyten untersucht wurde.
In einem Enzymverdau wurde die enzymatische Abbaubarkeit der verschiedenen AMTCs charakterisiert.
Zur Zeit (November 2020) untersuche ich die 3D-Struktur der AMTCs in Lösung mittels CD- und NMR-Spektroskopie.