Zu der Gattung Mycobacterium gehören wichtige humanpathogene Organismen wie z.B. Mycobacterium tuberculosis (Verursacher der Tuberkulose) und Mycobacterium leprae (Verursacher der Lepra). Weltweit ist jeder dritte Mensch mit M. tuberculosis infiziert. Zwei bis drei Millionen Menschen sterben jährlich an Tuberkulose. Lepra belastet einige zehn Millionen Menschen (Young, 1990) . Mycobakterielle Infektionen sind nicht problemlos zu behandeln, da Mycobakterien aufgrund ihres Zellwandaufbaus natürlicherweise resistent für eine große Zahl von Antibiotika sind. Damit steht nur eine geringe Auswahl antimikrobieller Agentien zur Behandlung mycobakterieller Erkrankungen zur Verfügung. Infektionen mit multiresistenten M. tuberculosis Stämmen können derzeit nicht effektiv therapiert werden (Trias and Benz, 1994) .
Mycobakterien sind von einer dicken Mycolschicht umgeben, die eine effektive Permeabilitätsbarriere darstellt. Sie ist außerdem für die Säurebeständigkeit der Mycobakterien verantwortlich und schützt die Bakterien vor toxischen Substanzen, wie Antibiotika und Chemotherapeutika (Jarlier and Nikaido, 1990) . Von besonderem medizinischen und biologischen Interesse sind deshalb Porine, Proteine, die die Mycolschicht durchspannen und für die bakterielle Nahrungsaufnahme essentiell sind aber auch der Aufnahme von hydrophilen Verbindungen, dazu gehören z.B. Antibiotika, dienen. Zur genaueren Untersuchung dieser Proteine isolierte ich während meiner Diplomarbeit Porine aus der Zellwand der beiden nicht pathogenen Mycobakterien M. smegmatis und M. phlei. Beide Porine wurden im künstlichen Lipidbilayer charakterisiert und ein Peptidfragment des Porins von M. smegmatis wurde sequenziert. Diese Sequenzdaten dienten in späteren Untersuchungen der Klonierung des Porin-Gens (mspA) von M. smegmatis und der Aufklärung seiner Struktur. Insgesamt gesehen, bilden die Daten eine wichtige Grundlage für die Charakterisierung der Porine pathogener Mycobakterien, wie M. tuberculosis und M. leprae, und sind damit eine wichtige Voraussetzung zur Weiterentwicklung vorhandener Medikamente und zur Entwicklung von neuen Therapeutika gegen diese Erreger.
Mycobakterien gehören zur Gruppe der nocardioformen Bakterien, einer Unterfamilie der Actinomyceten. Es handelt sich um schlanke, stäbchenförmige Bakterien. Sie wachsen aerob und leben frei oder als Krankheitserreger in Vertebraten. Ihre wachsartige Zellwand macht sie säurebeständig (Holt et al., 1994) .
Die Zellwand verleiht der Bakterienzelle osmotischen Halt und gibt ihr ihre Form. Während die unter der Zellwand liegende semipermeable Zytoplasmamembran Transportsysteme für den Austausch von Substanzen zwischen Bakterienzelle und Umgebung enthält, ist die Zellwand für niedermolekulare Substanzen bis zu einem Molekulargewicht von 100 kD durchlässig (Nikaido, 1994) . Die Zellwand ist auch für die Gramfärbung verantwortlich, nach der man die Bakterien in zwei Klassen teilt: Gram-positiv und Gram-negativ. Stützskelett der bakteriellen Zellwand ist das Murein, ein Peptidoglycan. N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure sind darin alternierend β-1,4-glycosidisch verknüpft und bilden das unverzweigte Rückrad des Mureins. Über die Lactylgruppe sind Tetrapeptide mit den Muraminsäuregliedern verknüpft. Sie stellen die Verbindung zwischen den einzelnen Mureinsäureketten her (Schlegel, 1992) . Zwischen Cytoplasmamembran und Peptidoglycanschicht befindet sich der periplasmatische Raum. Er weist gallertige Konsistenz auf und kann eine Vielzahl von Enzymen enthalten (Schlegel, 1992) .
Eine ausführliche Darstellung des noch heute gültigen Modells vom Aufbau der Zytoplasmamembran findet man in (Singer and Nicolson, 1972) .
Schematische Darstellung der Zellwand Gram-positiver Bakterien. C Cytoplasmamembran, IP integrales Protein, PG Pepdidoglycan, PR periplasmatischer Raum, T Teichonsäuren, TP Transmembranprotein.
Der Aufbau der Zellwand Gram-positiver Bakterien ist schematisch dargestellt. Das Mureinnetz besteht aus etwa 40 Schichten. Der Gehalt an Polysacchariden und Proteinen ist sehr gering. Teichonsäuren, Ketten von Glycerin- oder Ribitmolekülen, sind amidartig über Phosphat mit dem Murein verknüpft (Schlegel, 1992) .
Schematische Darstellung der Zellwand Gram-negativer Bakterien. C Cytoplasmamembran, LPS Lipopolysaccharide, OM äußere Membran bestehend aus Phospholipiden und Lipopolysacchariden, P Porin, PG Peptidoglycan, PR periplasmatischer Raum, TP Transmembranprotein.
Die Zellwand Gram-negativer Bakterien hat ein meist einschichtiges Mureinnetz. Daran angelagert ist eine sogenannte äußere Membran, die aus Proteinen, Phospholipiden und Lipopolysacchariden besteht. Lipoproteine - die in der Darstellung aus Gründen der Übersichtlichkeit fehlen - sind kovalent mit der Mureinschicht verbunden. Ihr hydrophobes Ende weist nach außen und ist in einer lipophilen Doppelschicht, der äußeren Membran, verankert (Schlegel, 1992) . Der innere Monolayer der Doppelschicht besteht aus Phospholipiden, der äußere Monolayer aus den hydrophoben Enden der Lipopolysaccharide. Die hydrophilen Abschnitte der Lipopolysaccharide weisen nach außen und sind unter anderem für endotoxische Effekte verantwortlich. Die äußere Membran ist eine effektive Permeabilitätsbarriere für viele Antibiotika, Enzyme und andere große Makromoleküle Benz, 1988; Nikaido and Vaara, 1985; Hancock, 1987). Die diffusible Aufnahme von hydrophilen, niedermolekularen Substraten wird durch Porine garantiert (Benz et al., 1986; Benz, 1994) . Das sind Proteine, die die äußere Membran ganz durchdringen und wassergefüllte Kanäle (Poren) bilden. Sie sind entweder am Murein kovalent gebunden oder interagieren mit diesem Makromolekül über Ionenbrücken (Benz and Bauer, 1988) .
Die Zellwand von Mycobakterien besitzt wie die der Gram-positiven Bakterien ein dickes Mureingerüst. Dieses ist mit einem aus Arabinose und Galaktose bestehenden Polysaccharid (Arabinogalaktan) kovalent verbunden. Mit dem Arabinogalaktan sind α-verzweigte β-Hydroxyfettsäuren, die sogenannten Mycolsäuren, verestert. Sie haben die Struktur:
Mycolsäuren sind kennzeichnend für nocardioforme Bakterien. Die Länge der Kohlenwasserstoffketten bei den einzelnen Gattungen der nocardioformen Bakterien ist unterschiedlich und dient als taxonomisches Merkmal: Bei Corynebakterien haben sie 32-36, bei Nocardien 48-58 und bei Mycobakterien 79-85 C-Atome. Zusammen mit anderen komplexen, in ihrer Zusammensetzung sehr variablen, Lipiden, die nicht kovalent mit anderen Strukturen der Zellwand verbunden sind, bilden sie einen Lipidbilayer (Schlegel, 1992; Brock et al., 1994; Trias et al., 1992; Nikaido et al., 1993; Brennan and Nikaido, 1995) .
Schematische Darstellung der Zellwand von Mycobakterien. AG Arabinogalaktan, C Cytoplasmamembran, L Lipide, LM Lipide mit mittleren Hydrokarbonkettenlängen, M Mycolsäuren, P Porin, PG Peptidoglycan, PR periplasmatischer Raum, TP Transmem-branprotein.
| Niederweis et al., 1999 |
| Zusammenfassung meiner Diplomarbeit |