MOA 3D-Animation Antibiotikum

Hintergrund:

Viele Bakterien haben Resistenzen gegenüber den am häufigsten eingesetzten Betalaktam-Antibiotika entwickelt. Diese sind damit wirkungslos. Eine der Ursachen ist die Mutation der Porinkanäle des Bakteriums, welche viele Wirkstoffe als Zugangsweg ins Bakterium nutzen. Der hier thematisierte Wirkstoff nutzt jedoch einen anderen Zugangsweg – er wird aktiv durch die Eisentransportkanäle des Bakteriums aufgenommen und kann so trotz mutierter Porinkanäle wirksam werden.

MOA 3D-Animation Antibiotikum

Nutzungsrechte des Bildmaterials: Kunde NDA
Musik: Kevin McLeod – Impact prelude – Nutzungslizenz: Creative Commons (CC BY 3.0)

Projektbeschreibung:

Gestaltung einer Mode-of-action 3D Animation zur Wirkweise eines Betalaktam-Antibiotikums. Der Schwerpunkt der Animation lag auf Darstellung des alternativen Zugangswegs des Wirkstoffs und seiner Eigenschaften im Bakterium.

Eine der wichtigsten eingesetzten Gruppen von Antibiotika sind Beta-Lactam-Antibiotika. Diese dringen in die Bakterienzelle ein und blockieren dort die Zellwandsynthese. Das Bakterium kann sein stabiles Mureingerüsts der Bakterienzellwand nicht aufrecht erhalten und stirbt dadurch ab.

Viele der häufig verwendeten Betalaktam-Antibiotika gelangen über Porinkanäle in das Innere des Bakteriums. Diese Kanäle befinden sich in der äußeren Membran von gramnegative Bakterien und ermöglichen den passiven Transport von Molekülen. Diesen Weg ins Zellinnere nutzen auch viele Betalaktam-Antibiotika.

Zunehmend weisen Bakterienstämme aber Mutationen der Porinkanäle auf, wodurch viele Betalaktam-Antibiotika nicht mehr in das Bakterium gelangen können und damit unwirksam sind.

Der hier thematisierte Wirkstoff nutzt jedoch einen anderen Zugangsweg, nämlich die Aufnahme durch Eisentransportkanäle. Durch diese Kanäle nimmt das Bakterium eigentlich das von ihm benötigte Eisen in Form von Siderophoren auf. Siderophore („Eisenträger“) sind kleine Moleküle die Eisen binden und dieses damit bioverfügbar machen.

Die chemische Struktur des Wirkstoffs ähnelt dem eines Siderophors, er wird also vom Eisentransportkanal quasi für benötigtes Eisen gehalten und ins Zellinnere transportiert.

Im periplasmatischen Raum des Bakteriums trennt sich das Eisen ab und das Antibiotikum wird aktiv.

In der MOA Animation werden nun Abwehrmaßnahmen des Bakteriums gegen das Antibiotikum thematisiert. Der erste Punkt ist, das es dem Bakterium nicht gelingt den Wirkstoff durch Effluxpumpen effektiv wieder auszuscheiden.

Des weiteren sind Betalaktamasen unwirksam gegenüber dem thematisierten Antibiotikum. Diese Betalaktamasen sind Enzyme die vom Bakterium gebildet werden, um die chemische Struktur von Betalaktam-Antibiotika zu zerstören und damit unwirksam zu machen.

Beide Schutzmaßnahmen des Bakteriums sind unwirksam gegen das thematisierte Antibiotikum.

Dadurch kann das Antibiotikum an die Penicillin bindenden Proteine des Bakteriums binden und damit die Zellwandsynthese blockieren.

Das Bakterium kann so seine Mureinschicht (Peptidoglykanschicht) nicht mehr aufrecht erhalten, verliert so ihr mechanische Grundgerüst und stirbt in der Folge ab (Lyse des Bakteriums).

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