Biophysikalische Untersuchungen an bakteriellen Modellmembranen bezüglich ihrer lateralen Organisationund der Interaktion mit humanen β-Defensinen

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.