Vitamin B12: Wie eine kürzlich entdeckte Abwehrverbindung namens Itaconat die Bakterien bei Tuberkulose austrickt.
Weltweit sind fast 1,8 Milliarden Menschen mit Mycobacterium tuberculosis (Mtb) infiziert, dem weit verbreiteten und gelegentlich tödlichen Bakterium, das jedes Jahr Millionen von Tuberkulosefällen verursacht. Die Bakterien, die sich über Jahrtausende hinweg mit dem Menschen weiterentwickelt haben, haben Wege gefunden, Nährstoffe aus ihrem menschlichen Wirt zu ihrem eigenen Vorteil zu übernehmen. Menschen haben ebenso komplexe Möglichkeiten, sich zu wehren.
In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, hat ein Team unter der Leitung von Forschern der Michigan Medicine, das mit Mitarbeitern in Harvard zusammenarbeitet, einen spezifischen Mechanismus entdeckt, durch den eine vom Immunsystem verwendete „Waffe“, das so genannte Itakonat, gegen Mtb (Mycobacterium tuberculosis) gerichtet ist.
Erst kürzlich entdeckten Forscher, dass Itakonat vom Immunsystem bei einem Angriff in großen Mengen produziert wird. Bislang war die Art und Weise, wie Itakonat krankheitsverursachende Bakterien unschädlich macht, ein Rätsel.
Mycobacterium tuberculosis (Mtb) versteckt sich in menschlichen Immunzellen und verwendet Cholesterin als Energiequelle, um zu wachsen und sich zu vermehren. Während dieses Prozesses produzieren die Bakterien ein giftiges Zwischenprodukt namens Propionat, das sie loswerden müssen.
Eine Strategie für die Entsorgung von Propionaten basiert auf Vitamin B12, das vom menschlichen Wirt stammt. „Vitamin B12 ist ein sehr interessantes Vitamin, da es in sehr niedrigen Konzentrationen von unseren Zellen benötigt wird, vielleicht das niedrigste aller Vitamine, aber es ist lebensnotwendig“, sagt Dr. Ruma Banerjee, Professorin für Biologische Chemie und Autorin der Studie.
Eine biologisch aktive Form des Vitamins, das Coenzym B12, wurde vor mehr als 60 Jahren entdeckt und ist am Zellstoffwechsel beteiligt. Coenzym B12 ermöglicht es, dass sehr komplexe Chemikalien in Bakterien und menschlichen Zellen vorkommen, weil es Radikale oder ungepaarte Elektronen freisetzt, die ansonsten sehr anspruchsvolle chemische Reaktionen ermöglichen.
Typischerweise sind Radikale sehr instabil und daher kurzlebig. „Im Körper verursachen freie Radikale Zell- und DNA-Schäden, weil sie sehr reaktiv sind“, sagt Banerjee. Das Radikalpaar (biradikal genannt), das durch das Coenzym B12 erzeugt wird, ist so reaktiv, dass es die Frage aufwirft, wie das Enzym es enthalten und verwenden kann.
Das Forscherteam konnte zeigen, dass eine aktivierte Form von Itakonat, genannt Itakonyl-CoA, den Vitamin B12-abhängigen Weg im Tuberkulosebakterium blockiert und verhindert, dass es Propionat zum Wachstum verwendet. Dies geschieht, indem es als Köder fungiert und „das B12-abhängige Enzym dazu bringt, Itakonyl-CoA als Substrat zu verwenden, was dann einen der Radikalen dazu bringt, sich selbst zu zerstören“, sagt Banerjee.
Darüber hinaus produzierte die Itaconyl-CoA/Coenzym-B12-Reaktion ein stabiles biradikalisches Produkt, das mehr als eine Stunde fortbestand, anstatt schnell zu verschwinden. Auf diese Weise konnten die Forscher Kristalle des das Biradikal enthaltenden Enzyms züchten und seine 3D-Struktur erhalten.
Diese neue Beobachtung könnte auch erklären, warum 3 bis 5 Prozent der menschlichen Bevölkerung ein mutiertes Gen tragen. „Menschen mit einer Mutation im CLYBL-Gen haben keine offensichtlichen Nebenwirkungen, außer dass ihre Vitamin B12-Werte etwas niedriger sind“, sagt Banerjee, der spekuliert, dass dies einen Vorteil gegen Infektionen bringen könnte.
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