Dokument: Lantibiotic resistance in human pathogens

Titel:	Lantibiotic resistance in human pathogens
Weiterer Titel:	Antibiotika Resistenz in humanen Pathogenen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=51948
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200116-133055-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Schumacher, Julia [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 45,29 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 10.01.2020 / geändert 10.01.2020
Beitragende:	Dr. Smits, Sander [Gutachter] Prof. Dr. Gohlke, Holger [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Der Bedarf an neuen Wirkstoffen, die als Antibiotika eingesetzt werden können, steigt. Antimikrobielle Peptide sind ausgezeichnete Kandidaten, um dies zu erfüllen. Die Unterklasse der Lantibiotika enthält ungewöhnliche Aminosäuren und Lanthioninringe, die für ihre hohe Stabilität und hohe Wirksamkeit sorgen. Sie sind im nanomolaren Bereich aktiv und weisen zwei Hauptwirkungsweisen auf: Bindung an die Zellwandvorstufe Lipid II, sowie in manchen Fällen Porenbildung innerhalb der Bakterienmembran, die zum Zelltod führt. Die kommerzielle Nutzung wird jedoch durch das Vorhandensein von Genen in humanpathogenen Stämmen behindert, die, wenn sie exprimiert werden, Resistenz verleihen. Der humane Erreger Streptococcus agalactiae COH1 ist beispielsweise resistent gegen verschiedene Lantibiotika, da das nsr-Operon für ein Zweikomponentensystem NsrRK, das Nisin-Resistenzprotein (NSR) und einen BceAB-Typ ABC Transporter NsrFP kodiert. Interessanterweise scheint dieses Operon evolutionär in mehreren anderen humanpathogenen Bakterien konserviert zu sein. Das Nisin-Resistenzprotein SaNSR ist eine C-Terminal verarbeitende Peptidase (CTP) und weist einen spezifischen katalytischen Paar-Mechanismus auf, der aus einem Serin- und einem Histidinrest besteht. Es wurde gezeigt, dass SaNSR Resistenz gegen Nisin vermittelt, indem es das Lantibiotikum an seinem C-Terminus abbaut, was zu einem 100-fach weniger aktiven Nisinfragment führt. Die Kristallstruktur von SaNSR wurde gelöst und zeigt einen 10 Å breiten Tunnel, der hydrophob, negativ geladen ist und die letzten beiden (Methyl-) Lanthioninringe D und E von Nisin bindet. In dieser Arbeit habe ich entdeckt, wie man die von SaNSR vermittelte Resistenz durch zwei Ansätze überwindet. Der erste Ansatz bestand darin, das Protein durch ein Nisinderivat zu umgehen, das noch aktiv ist, aber die Serinprotease ist nicht in der Lage, diese Variante in vivo zu spalten. Der zweite Ansatz basierte auf molekularer Modellierung und zeigte ein kleines Molekül, das SaNSR spezifisch hemmt. Der ABC Transporter NsrFP von Streptococcus agalactiae gehört zu den Transportern vom Typ BceAB. Es sind mehrere Transporter vom Typ BceAB bekannt, die Resistenz gegen mehr als ein antimikrobielles Peptid verleihen. In dieser Arbeit habe ich den Mechanismus von SaNsrFP aufgeklärt und gezeigt, dass der Transporter vom Typ BceAB die Zellwandvorstufe Lipid II in das Zytoplasma umdreht. Weiterhin wurde ein spezifischer Inhibitor des Transporters nachgewiesen indem Naturstoffe und deren Derivate überprüft wurden. The need for new compounds, which can be used as antibiotics is rising. Antimicrobial peptides are excellent candidates to fulfill this. The subclass of lantibiotics contain unusual amino acids and lanthionine rings, which ensure their high stability and high potency. They are active in the nanomolar range and exhibit two main modes of action: Binding to the cell wall precursor lipid II as well as in some cases pore formation within the bacterial membrane, which leads to cell death. Commercial usage is, however hampered by the presence of genes in human pathogenic strains which, when expressed, confer resistance. The human pathogen Streptococcus agalactiae COH1 for example is resistant against different lantibiotics due to the nsr-operon encoding a two-component system NsrRK, the nisin resistance protein (NSR) and a BceAB-type ABC transporter NsrFP. Interestingly, this operon appears to be evolutionary conserved in several other human pathogenic bacteria. The nisin resistance protein SaNSR is a C-terminal processing peptidase (CTP) and has a specific catalytic dyad mechanism consisting of a serine and a histidine residue. It was shown that SaNSR confers resistance against nisin by degrading the lantibiotic at its C-terminus resulting in a 100 fold less active nisin fragment. The crystal structure of SaNSR was solved and shows a 10 Å width tunnel, which is hydrophobic, negatively charged and binds the last two (methyl–) lanthionine rings D and E of nisin. In this thesis I discovered how to overcome the resistance mediated by SaNSR by two approaches. The first approach was to bypass the protein by a nisin derivate, which is still active but the serine protease is not able to cleave this variant in vivo. The second approach was based on molecular modelling and revealed a small molecule which specifically inhibits SaNSR. The ABC transporter NsrFP from Streptococcus agalactiae belongs to the BceAB-type transporters. Several BceAB-type transporters are known which confer resistance against more than one antimicrobial peptide. In this thesis I elucidated the mechanism of SaNsrFP and demonstrated that the BceAB-type transporter flips the cell wall precursor lipid II inside of the cytoplasm. Further a specific inhibitor of the transporter was detected by screening of natural compounds and their derivatives.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Biochemie
Dokument erstellt am:	16.01.2020
Dateien geändert am:	16.01.2020
Promotionsantrag am:	12.11.2019
Datum der Promotion:	16.12.2019