Neutronenstrahlung gegen Antibiotikaresistenzen

Medikamente ohne Wirkung: Weil Antibiotika häufig verschrieben werden, entwickeln sich immer mehr Resistenzen. Um das zu verhindern, nutzen Wissenschaftler die Neutronenstrahlung – ein Beispiel, wie wichtig globale Forschungsinfrastrukturen sind.

Forschung im Dienste des Menschen: die Neutronenquelle des FRM-II. © Jens Kube/Welt der Physik

Jahrzehntelang waren Antibiotika das Medikament der Wahl. Doch der hohe Konsum von Antibiotika hat zur Ausbildung von Resistenzen geführt – es haben sich Bakterienstämme entwickelt, die so widerstandsfähig gegen verabreichte Medikamente sind, dass sie wirkungslos bleiben.

Penicillin wurde im Jahr 1928 als erstes Antibiotikum von Alexander Fleming entdeckt.

Enzym als Ursache für Resistenzen

Ursache für die Resistenz gegen Antibiotika ist ein Enzym, mit dem es den Bakterien gelingt, den Wirkstoff des Antibiotikums zu verringern. Um den gefürchteten Antibiotikaresistenzen entgegenzuwirken, versuchen Wissenschaftler, die genaue chemische Wirkung des Enzyms zu verstehen.

Dazu nutzen die Wissenschaftler die sogenannte Neutronenstreuung. Mit Neutronen, den ungeladenen Bausteinen der Atomkerne, ist es besonders gut möglich, die Position von Wasserstoffatomen in Molekülen zu bestimmen. So ist es den Wissenschaftlern gelungen, mehr über die Bauweise des Enzyms herauszufinden, das die Resistenz verursacht. Im nächsten Schritt soll nun ein Antibiotikum entwickelt werden, das nicht mehr durch das Enzym zerstört wird.

Struktur der Moleküle verstehen

Die Experimente, die diesen wichtigen Schritt gegen die gefährlichen Resistenzen ermöglichten, fanden an der Neutronenquelle FRM II in Garching statt. Genutzt wurde der Messplatz „BioDiff“, der von der TU München gemeinsam mit dem Forschungszentrum Jülich betrieben wird. Zusammen mit der ergänzenden Methode der Röntgenstrukturanalyse an Synchrotronquellen ermöglicht die Forschung mit Neutronen heute einen sehr detaillierten Einblick in die Wirkungsweise biologischer Moleküle.

Die Hoffnung dabei: Krankheitserreger und ihre Wirkung auf molekularer Ebene zu entschlüsseln, um ganz gezielt Medikamente entwerfen zu können. Das Bundesforschungsministerium fördert diese Forschung, indem es zahlreiche Projekte im Rahmen der Fördermaßnahme „Erforschung kondensierter Materie an Großgeräten“ finanziert. In diesen Projekten werden sowohl an Neutronen- als auch an Photonenquellen Instrumente aufgebaut und Methoden entwickelt, die auch für biologisch-medizinische Forschung ausgelegt sind.

Viele große Entdeckungen der Grundlagenforschung - wie beispielsweise das Higgs-Teilchen - sind ohne Großgeräte wie der Teilchenbeschleuniger LHC am CERN undenkbar. Weil wissenschaftlicher Fortschritt auf komplexe Forschungsinfrastrukturen angewiesen ist, ist deren globale Weiterentwicklung ein Schwerpunktthema im Jahr der deutschen G7-Präsidentschaft. Die Wissenschaftsminister haben in Berlin darüber beraten.