infektionen sind nur eine frage der struktur - Helmholtz
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STRUKTURBIOLOGIE „ZIEL MEINER FORSCHUNG IST DIE ERFORSCHUNG ZELLULÄRER PROZESSE BIS IN DIE KLEINSTEN ATOMAREN DETAILS. EIN VERSTÄNDNIS DER BIOLOGIE AUF ATOMARER EBENE IST EINE WICHTIGE VORAUSSETZUNG FÜR DIE ENTWICKLUNG NEUER THERAPEUTIKA.“ Prof. Dr. Dirk Heinz, Bereichsleiter Strukturbiologie INFEKTIONEN SIND NUR EINE FRAGE DER STRUKTUR Sieht man die Welt mit den Augen eines Strukturbiologen, ist eine handfeste Grippe mit hohem Fieber, Husten und Gliederschmerzen in der Regel das Ergebnis der spezifischen Wechselwirkung der Hämagglutinin-Spikes des Influenzavirus mit den Neuraminsäureresten der Wirtszellmembran. Nichts verstanden? Macht nichts! Was hier kompliziert klingt, ist tatsächlich auch so! Wie die meisten Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum Prozessen eine wichtige Rolle. Sie stecken hinter dem für Infektionsforschung sucht auch Dirk Heinz nach den Code der Gene – ist ein Gen in einer Zelle aktiviert, so Zusammenhängen, die hinter Infektionskrankheiten produziert sie aus dieser genetischen Information das stecken. Wie gelangen Bakterien in unseren Körper? Wie entsprechende Protein. Das kann dann beispielsweise machen sie uns krank? Und wie wehrt sich ein Enzym sein, das chemische Prozesse in der Zelle das Immunsystem? Für die Antworten beschleunigt. Es kann als Hormon wirken, begibt er sich mit seinen Untersu- das den Stoffwechsel steuert. Es kann chungen auf die Ebene einzelner ein Transporter sein, der dafür sorgt, k Atom Moleküle oder sogar Atome, dass eine Substanz von A nach Kleinster chemisch deren Wechselspiel uns B gebracht wird. Oder es ist ein nicht teilbarer Baustein letztlich krank macht. Er so genannter Rezeptor, der als der Materie. lässt die Grenze zwischen Andockstelle auf der Zelloberflä- Biologie und Chemie che dient. k Molekül: verschmelzen und sieht Teilchen, das aus dahin, wo Biologie nichts weiter zwei oder mehr ist, als die Reaktion von Atomen Andockstellen, werden Atomen besteht, die miteinander: So wie aus Eisen, Proteine für Infektionen durch Atombindungen Wasser und Sauerstoff ein rostiges besonders interessant, stabil miteinander Auto wird, werden wir krank, wenn be- denn Krankheitserreger verknüpft sind. stimmte Eiweißstoffe eines Erregers mit nutzen diese natürlichen Molekülen auf unseren Zellen reagieren. Rezeptoren geschickt Genau dort, an diesen aus, um sich in die „Wenn man die Prinzipien einer molekularen Zellen des Wirtes Wechselwirkung richtig versteht, dann kann man – also uns selbst im nächsten Schritt in diesen spezifischen Mechanis- – einzuschleusen. „Dann mus gezielt eingreifen“, erklärt er, „denn wenn wir die wird in der Zielzelle eine Kaskade Angriffspunkte der Erreger kennen, haben wir einen biochemischer Abläufe ausgelöst, die Ansatz, um eine Infektion möglicherweise zu verhin- zwei Reaktionen zur Folge haben kann: dern.“ Und diese Angriffspunkte sind meist Eiweißstoffe, denn Proteine spielen bei nahezu allen biologischen Die Mikrobe setzt sich auf einem Rezeptor fest und bekommt so eine Basis, von der aus sie in Wirtszellprozesse eingreifen kann. Oder sie ,überredet‘ Der lange Weg, bis die Wissenschaftler die genaue die Wirtszelle, in ihr Inneres aufgenommen zu werden“, Kontaktstelle zwischen den Atomen auf der Oberfläche weiß Dirk Heinz. Letztere Strategie ist besonders sinnvoll, von Listeria monocytogenes und dem Molekül auf der wenn das Bakterium in so turbulenten Gefilden wie dem Oberfläche unserer Darmzellen kennen, macht noch Darm unterkommen will. einmal deutlich, dass die Strukturbiologen sich irgendwo zwischen Biologie, Chemie und Physik bewegen. Sie ZWISCHEN BIOLOGIE, CHEMIE UND PHYSIK benutzen zunächst Zellkulturen, um die Oberflächenproteine der Erreger und Wirte im Großmaßstab zu Beispiel Listeria monocytogenes. Listerien nehmen wir produzieren. Danach behandeln sie diese Proteine wie mit verdorbenen Lebensmitteln auf, und im Darm können ganz gewöhnliche chemische Verbindungen und klären sie dann schwere Durchfallerkrankungen auslösen, die mit gängigen physikalischen Methoden ihre räumliche k Listeria bei Personen mit geschwächtem Immunsystem sogar Struktur auf. Das Ergebnis flimmert über den Computer- monocytogenes lebensbedrohlich werden können. An dieser Infektion monitor von Dirk Heinz. Aus Zahlen und Kurven entsteht Stäbchenförmiges, studieren die Strukturbiologen modellhaft, was auf mit viel Rechenleistung und einem feinen Gespür dafür, gram-positives, be- atomarer Ebene zwischen Erreger und Wirt passiert. Die wie Atome miteinander wechselwirken, eine dreidimensi- wegliches Bakterium. Kontaktstelle aus wenigen Atomen ist ihr Untersuchungs- onale Abbildung der Eiweißstoffe. Und dann können sich In der Regel pathogen, objekt. Denn wenn sie die kennen, können sie Wirkstoffe die Strukturbiologen direkt ansehen, wie die Teilchen zu- verursacht multiple entwickeln, die diesen Kontakt – und möglichst nur sammenpassen – und wie sie sie daran hindern können, Infekte. diesen – blockieren. sich zu verbinden. Damit Listerien keine menschlichen Zellen mehr kapern können. k Proteine Eiweiße. Organische Struktur des InlB/Met-Komplexes chemische Verbindung, die durch die Verknüpfung von Aminosäurebausteinen entsteht. Die Aminosäuren werden in einer definierten Reihenfolge über eine Amidbindung zu Makromolekülen verbunden. Grundbausteine aller Zellen mit diversen biologischen Funktionen. DIRK HEINZ Dirk Heinz hat zunächst Chemie und Biochemie in Freiburg studiert, bevor er mit der Strukturbiologie im Rahmen seiner Dissertation an der Universität Basel in Kontakt kam und ihr seitdem treu blieb. Nach einem Postdoc-Aufenthalt in den U.S.A. kehrte er als Habilitand nach Freiburg zurück. Im Jahre 1998 wechselte er schließlich als Nachwuchsgruppenleiter an die damalige GBF (heute HZI) in Braunschweig, wo er seit 2003 den Bereich Strukturbiologie leitet. Er ist Honorarprofessor an der TU Braunschweig und setzt sich seit Jahren als Mitglied in nationalen und internationalen Stand: April 2009 Gremien für eine weitere Stärkung der Strukturbiologie ein.
