Jänner 2010 | David Leitsch

RESEARCHER OF THE MONTH, Jänner 2010

Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Herrn Dr. David Leitsch aus Anlass der im April 2009 im führenden Mikrobiologiejournal Molecular Microbiology erschienenen Publikation "Trichomonas vaginalis: metronidazole and other nitroimidazole drugs are reduced by the flavin enzyme thioredoxin reductase and disrupt the cellular redox system. Implications for nitroimidazole toxicity and resistance" (IF 5,21) [1]. Diese Arbeit entstand in der Arbeitsgruppe Molekulare Mikrobiologie am Institut für Spezifische Prophylaxe und Tropenmedizin im Zentrum für Physiologie, Pathophysiologie und Immunologie der MedUni Wien in Kooperation mit dem Department für Chemie der Universität für Bodenkultur Wien. Das Projekt wurde vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) gefördert. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich seit Jahren mit der Chemotherapie von Infektionen, die durch einzellige Parasiten hervorgerufen werden, insbesondere Entamoeba histolytica. Dr. Leitsch hatte sich in seiner Dissertation schon intensiv mit diesem Organismus befasst [2-4], bevor er sich nach seiner Promotion einem neuen Studienobjekt zuwandte, über welches er dieses Jahr die zitierte Arbeit vorlegte [1].

Metronidazol: neue Erkenntnisse über ein klassisches Antibiotikum

Metronidazol ist ein wichtiges Antibiotikum, das sowohl gegen mikroaerophile Einzeller als auch gegen mikroaerophile und anaerobe Bakterien wirkt, also gegen Organismen, welche in Gegenwart geringer oder sehr geringer Sauerstoffkonzentration leben. Bei den Einzellern sind unter anderen Entamoeba histolytica, Giardia lamblia und Trichomonas vaginalis zu nennen, bei den Bakterien Clostridium-, Helicobacter- und Bacteroides-Arten. Aufgrund der sehr häufigen Anwendung steht Metronidazol auf der Liste der "essential medicines" der Weltgesundheitsorganisation (WHO). Allerdings ist der genaue Wirkungsmechanismus bis heute nicht bekannt, obwohl Metronidazol schon seit 50 Jahren verwendet wird.

Nachgewiesen ist, dass Metronidazol chemisch reduziert werden muss, um zu wirken, denn erst dadurch entstehen toxische Reaktionsprodukte, die die Mikroorganismen schädigen. Bislang dachte man, das zuerst entstehende Produkt, ein sogenanntes Nitroradikalanion, sei für die Wirkung verantwortlich. Die ausgezeichnete Arbeit zeigte nun, dass nicht nur bei E. histolytica [2] sondern auch bei T. vaginalis weitere Reduktionsprodukte des Metronidazols entstehen, welche eine chemische Bindung mit der Aminosäure Cystein in bestimmten wichtigen Proteinen eingehen, und dabei deren Funktion stören können. Weiters entdeckte Dr. Leitsch, dass bei beiden Parasiten das Enzym Thioredoxinreduktase eine zentrale Rolle spielt, weil es einerseits Metronidazol reduzieren kann, andererseits aber auch gleich selbst von reduziertem Metronidazol chemisch modifiziert wird. Eine Zelllinie von T. vaginalis, welche durch Gewöhnung an steigende Dosen von Metronidazol resistent gegen das Antibiotikum geworden war, hatte die metronidazolaktivierende Aktivität der Thioredoxinreduktase verloren, allerdings interessanterweise nicht durch Verlust der Expression dieses Enzyms, sondern durch den Verlust seines Flavin-Cofaktors FAD, eines Verwandten des Vitamins B2. Die Wichtigkeit der Flavine bei der Aktivierung des Metronidazols konnte Dr. Leitsch in rezenten Versuchen bestätigen, da die Zugabe geringer Mengen des Flavininhibitors Diphenyleniodonium T. vaginalis schlagartig resistent gegen die hundertfache Menge von Metronidazol macht. Insgesamt führen die Ergebnisse von Dr. Leitsch zu einer neuen Sicht auf die Aktivierung von Metronidazol und Resistenz gegen die Substanz, nicht nur bei T. vaginalis, sondern in weiterer Folge auch in anderen mikroaerophilen und anaeroben Pathogenen.

Wissenschaftliches Umfeld
Die Forschungstätigkeit von Herrn Dr. Leitsch in der Arbeitsgruppe für Molekulare Mikrobiologie (Leiter: Ao. Univ.Prof. Dr. M. Duchêne) am Institut für Spezifische Prophylaxe und Tropenmedizin (Leiterin: Univ.Prof. Dr. U. Wiedermann) beinhaltet Methoden der Proteomforschung, die nur zum Teil in diesem Labor durchgeführt werden konnten. Ein wesentlicher Teil ist die Identifizierung von Proteinen mit Hilfe der Massenspektrometrie, die beim Metronidazol-Projekt zusammen mit den Kollegen vom Department für Chemie an der Universität für Bodenkultur Wien durchgeführt wurde, insbesonders mit Dr. D. Kolarich und zuletzt Mag. J. Stadlmann in der Arbeitsgruppe von Ao.Univ.Prof Dr. F. Altmann und mit Ao.Univ.Prof. Dr. I. Wilson. Bei der ausgezeichneten Arbeit half auch Ing. M. Binder (Institut für Spezifische Prophylaxe und Tropenmedizin) bei einigen wichtigen Versuchen. Das ebenfalls durch den FWF geförderte Projekt, das sich mit den Veränderungen des Proteoms während der Zystenbildung von Akanthamöben befaßt, wird von Univ.Doz. Dr. J. Walochnik geleitet, eine enge Partnerin ist Dr. M. Koehsler (beide Institut für Spezifische Prophylaxe und Tropenmedizin), und die Massenspektrometrie wird in diesem Fall in Zusammenarbeit mit Mag A. Deutsch, Dr. M. Marchetti-Deschmann und Univ.Prof. Dr. G. Allmaier (Institut für Chemische Technologien und Analytik Technische Universität Wien) durchgeführt.  

Persönliches
Herr Dr. Leitsch ist am 8. Mai 1978 in Wien geboren und studierte 1996-2002 Genetik an der Universität Wien, um mit der Diplomarbeit: "Studies on the RNA-chaperone-like protein Hfq in Escherichia coli" abzuschließen (Betreuer Ao. Univ. Prof. Dr. U. Bläsi) [5]. Nach dem Zivildienst begann er 2003 mit der Dissertation: "Proteomics in Entamoeba spp.: comparative proteome profiling and search for drug targets" (Betreuer Ao. Univ. Prof. Dr. M. Duchêne) [2-4, 6], die er 2007 mit Auszeichnung beendete. Von 2007 bis 2009 arbeitete er als Postdoc an einem FWF Projekt (Leiterin Univ.Doz. Dr. J. Walochnik) über die Veränderung des Proteoms bei der Zystenbildung von Acanthamoeba spp. [7, 8 und weitere eingereichte Manuskripte]. Herr Dr. Leitsch hat bereits mehrere wissenschaftliche Preise, darunter einen Preis der sanofi-aventis Stiftung für 2008 gewonnen und ist derzeit am Institut für Spezifische Prophylaxe und Tropenmedizin angestellt.

Ausgewählte Literatur

1. Leitsch D, Kolarich D, Binder M, Stadlmann J, Altmann F, Duchêne M. Trichomonas vaginalis: metronidazole and other nitroimidazole drugs are reduced by the flavin enzyme thioredoxin reductase and disrupt the cellular redox system. Implications for nitroimidazole toxicity and resistance. Mol Microbiol. 2009;72:518-36.
2. Leitsch D, Kolarich D, Wilson IB, Altmann F, Duchêne M. Nitroimidazole action in Entamoeba histolytica: a central role for thioredoxin reductase. PLoS Biol. 2007;5:e211.
3. Tazreiter M, Leitsch D, Hatzenbichler E, Mair-Scorpio GE, Steinborn R, Schreiber M, Duchêne M. Entamoeba histolytica: response of the parasite to metronidazole challenge on the levels of mRNA and protein expression. Exp Parasitol. 2008;120:403-10. 
4. Leitsch D, Radauer C, Paschinger K, Wilson IB, Breiteneder H, Scheiner O, Duchêne M. Entamoeba histolytica: analysis of the trophozoite proteome by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis. Exp Parasitol. 2005;110:191-5.
5. Moll I, Leitsch D, Steinhauser T, Bläsi U. RNA chaperone activity of the Sm-like Hfq protein. EMBO Rep. 2003;4:284-9. 
6. Leitsch D, Wilson IB, Paschinger K, Duchêne M. Comparison of the proteome profiles of Entamoeba histolytica and its close but non-pathogenic relative Entamoeba dispar. Wien Klin Wochenschr. 2006;118:37-41.
7. Koehsler M, Leitsch D, Duchêne M, Nagl M, Walochnik J. Acanthamoeba castellanii : growth on human cell layers reactivates attenuated properties after prolonged axenic culture. FEMS Microbiol Lett. 2009;299:121-7.
8. Köhsler M, Leitsch D, Fürnkranz U, Duchêne M, Aspöck H, Walochnik J. Acanthamoeba strains lose their abilities to encyst synchronously upon prolonged axenic culture. Parasitol Res. 2008;102:1069-72.

Kontakt
Dr. David Leitsch 
Institut für Spezifische Prophylaxe und Tropenmedizin
Zentrum für Physiologie und Pathophysiologie
Kinderspitalgasse 15
1090 Wien

T.: 43 (0)1 4277-64871
E-mail: david.leitsch@meduniwien.ac.at 
Homepage: www.meduniwien.ac.at/tropenmedizin