Von der Photosynthese zu neuen Wirkstoffen gegen Augenkrankheiten

Von der Photosynthese zu neuen Wirkstoffen gegen Augenkrankheiten

 

Vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) unterstützten Forschern ist es erstmals gelungen, eine Photosynthese-Reaktion mit Röntgenstrahlen präzise nachzuverfolgen und damit einen Film des Geschehens zu produzieren. Die Erkenntnisse sollen helfen, ähnliche Vorgänge im menschlichen Auge zu verstehen.


Nicht nur Pflanzen und Algen betreiben Photosynthese. Auch bestimmte Bakterien können die Energie des Sonnenlichtes für Wachstum und Fortpflanzung nutzen. Nun können Vorgänge mit atomarer Auflösung aufgezeichnet werden, die sich in einer lichtgetriebenen molekularen Pumpe von purpurroten Halobakterien abspielen. Sie konnten damit die genaue Funktionsweise dieser Pumpe klären, die schon seit Jahren für intensive Debatten sorgte (1). Die Erkenntnisse sollen auch dazu beitragen, die diesem Protein ähnlichen Photorezeptoren im menschlichen Auge besser zu verstehen.

Mit einer neuen Technik ist es einer internationalen Forschergruppe vom Paul Scherrer Institut (PSI, Villigen/CH) gelungen, die physikalischen und chemischen Abläufe aufzuzeichnen, die sich innerhalb einer Nanosekunde (wenige Tausendstel einer Millionstelsekunde) abspielen. Damit konnten sie einen Film produzieren, der die Vorgänge Atom für Atom innerhalb der Pumpe namens Bacteriorhodopsin rekonstruiert, nachdem diese durch eintreffendes Licht aktiviert wurde.

Optogenetik: Gezieltes An- und Abschalten mit Lichtimpulsen


Die Erkenntnisse aus der bakteriellen Pumpe haben ihr Anwendungspotenzial in unterschiedlichen Gebieten. So verwenden beispielsweise Forschende in der Neurobiologie ähnliche Pumpen, um bestimmte Nervenzellen im Gehirn von Versuchstieren mit Lichtpulsen gezielt an- und abzuschalten (Optogenetik). Forschungsgruppen am PSI studieren schon länger mit Unterstützung des SNF die Photorezeptoren im menschlichen Auge. „Das Sehen ist unser wichtigster Sinn und auch unsere innere Uhr wird von solchen Rezeptoren im Auge justiert“, sagt Gebhart Schertler, Biochemiker und Leiter des Bereichs für Biologie und Chemie. Mutationen in diesen Lichtrezeptoren hätten vergleichbare Effekte auf die Funktionsweise wie in den bakteriellen Pumpen. Leichte Fälle könnten Nachtblindheit verursachen, während andere zu einer Degeneration der Netzhaut (Retinitis pigmentosa/RP) führten, die in einer vollständigen Blindheit ende. „Verschiedene Therapieansätze sind schon vorgeschlagen worden, aber bisher ist keiner davon auf den Markt gelangt“, so Schertler.

 

Molekulare „Krücken“ für fehlerhafte Photorezeptoren


Die Resultate der Forschungsarbeiten am PSI aus früheren Analysen dieser Photorezeptoren flossen laut SNF in eine Zusammenarbeit mit der Firma Roche. Das Ziel: Wirkstoffe finden und weiterentwickeln, die als „Krücke“ dienen können, um die fehlerhafte Funktion dieser Netzhautproteine zu kompensieren. Erste Ergebnisse dieser Suche, so heißt es abschließend, sollten demnächst publiziert werden. Damit sei man zwar noch weit weg von einem konkreten Medikament, verfüge aber über „vielversprechende Resultate“.

Literatur:

     * 1. Nango E. et al. A three-dimensional movie of structural changes in
       bacteriorhodopsin. Science 2016 Dec 23 [1]
     * 2. Informationen zur SwissFEL-Anlage [2]

Quelle: Schweizerischer Nationalfonds (SNF) [3]

Veröffentlichung Pro Retina e.V.

 

Links aus diesem Beitrag:
[1] http://science.sciencemag.org/content/354/6319/1552
[2] https://www.psi.ch/media/ueberblick-swissfel
[3] http://www.snf.ch/de/fokusForschung/newsroom/Seiten/news-170103-medienmitteilung-von-der-fotosynthese-zu-neuen-wirkstoffen-gegen-augenkrankheiten.aspx


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