Dissertation (Metadaten)
Titel:Biophysikalische Untersuchungen an bakteriellen Modellmembranen bezüglich ihrer lateralen Organisation und der Interaktion mit humanen β-Defensinen
 
Autor:Arne Böhling
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-26362
 
Fakultät:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC Sachgebiet:570 Biowissenschaften, Biologie
 
Datum der mdl. Prüfung:10.12.2007
 
Referent(in):PD Dr. Thomas Gutsmann
Korreferent(en) Korreferentin:Prof. Dr. Thisbe Lindhorst
 
Beschreibung (original):Die Zellhülle Gram-negativer Bakterien besteht aus zwei Membranen. Die äußere Membran steht dabei im Fokus dieser Arbeit. Die Lipidmatrix der äußeren Membran besteht aus einer Phospholipidmischung im Fall der inneren Monoschicht und aus Lipopolysacchariden im Fall der äußeren Monoschicht. Die Zellhülle von Mykobakterien, dem Auslöser der Tuberkolose, ist noch nicht vollständig bekannt. Ausgehend von einem in der Zellhülle vorkommenden Lipid, wurden erste biophysikalische Untersuchungen durchgeführt. Eine Vielzahl biophysikalische Techniken, wie die Rasterkraftmikroskopie, elektrische und optische Messungen an planaren Rekonstituionssystemen der Membran, wurden verwendet, um Untersuchungen der physikalischen Eigenschaften der Membranen und den Einfluss humaner β-Defensine zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, dass die beiden Monoschichten der rekonstituierten äußeren Membran Gram-negativer Bakterien sich gegenseitig bezüglich ihrer Phasenseparation ibeeinflussen. Durch die Erstellung von Kraftkarten konnte gezeigt werden, dass die Adhäsion zwischen den Fettsäureketten unterschiedlich in fluiden und rigiden Lipiddomänen ist. Diese Ergebnisse führen zu einer modellhaften Vorstellung der Interaktion zwischen den beiden Monoschichten der äußeren Membran Gram-negativen Bakterien. Das erste Angriffszeil für antimikrobielle Peptide ist die äußere Membran der Gram-negativen Bakterien. In der vorliegenden Arbeit wurde das humane β-Defensin-2 (hBD-2), hBD-3 und zwei Derivate des hBD-3 für Untersuchungen zur Interaktion zwischen humanen β-Defensinen und der äußeren Membran Gram-negativer Bakterien verwendet. Humane β-Defensine verfügen über drei Disulfidbrücken. Um den Einfluss dieser zu untersuchen, wurden zwei humane β-Defensin Derivate ohne und mit einer Disulfidbrücke synthetisiert. Die Ergebnisse der biologischen Messungen zeigten unterschiedliche antimikrobielle Aktivitäten der beiden Derivate im Vergleich zum ursprünglichem hBD-3. Aus biophysikalischen Untersuchungen konnte ein generalisiertes Modell der Wechselwirkungen zwischen humanen β-Defensinen und der äußeren Membran aufgestellt werden. Demnach bilden humane β-Defensine keine Poren definierter Geometrie, sondern führen durch einen auf dem carpet-like Mechanismus basierenden Prozess zu einer Störung der Membranintegrität.
 
(übersetzt):The cell envelope of Gram-negative bacteria consists of two membranes. The outer membrane is in the focus of the present study. The lipid matrix of the outer membrane consists of a mixture of phospholipids in the inner leaflet and of lipopolysaccaride in the outer leaftlet. The cell envelope of mycobacteria is not completely investigated. In this study biophysical experiments with one lipid of the cell envelope of mycobacteria were conducted. Several biophysical techniques like atomic force microscopy, electrical and optical measurements on planar reconstitution systems were performed to investigate the physical properties of the outer membrane of Gram-negative bacteria and the influence of human β-defenses on these membranes. The results of this work show that the two leaflets of the bilayer influences eachother by means of the phaseseparation of the lipids. By force mapping measurements it could be shown that the adhesion between the fatty acids differs in fluid and rigid lipid domains. These results leads to a model for the interaction of the two leaflets of the outer membrane of Gram-negative bacteria. The first target for antibacterial peptides is the outer membrane of Gram negative bacteria. In the present work human β-defensine-2 (hBD-2), hBD-3 and two derivates of the human β-defensine-3 were used for the experiments. Humane β-defensines consists of three disulfide-bonds. To investigate the influence of the disulfide-bonds two human β-defensines derivates without and with one disulfide-bond were synthesized. The results from biological measurements showed different antimicrobial activities of the two derivates and hBD-3. From biophysical investigations a generalized model for the interaction between human β-defense and membrans was developed: Human β-defensines does not form pores of a defined geometry, but leads to a disturbance of membrane integrity by a ‘carpet-like’ mechanism.
 
Schlagworte:Biophysik, Gram-negativ, Bakterien, Rasterkraftmikroskopie, AFM, Kraftkarten, Kraftspektroskopie, Monolayer, Bilayer, Phasenseparation, Domänen, hBD, Defensine, Antimikrobiell, Peptid, Mykobakterien, Trehalose, Dimykolat
AFM, Force, Spectroscopy, mycobacteria, bacteria, defensin, mapping
 
Dokumente: