Vitamin B12 enthält ein biologisch wichtiges Kobalt-Zentrum und ist bekanntlich für den Menschen unabkömmlich, wie auch für viele Bakterien. Seit seiner Entdeckung in der Mitte des 20. Jahrhunderts gab es viele Versuche, Analoge des Vitamins B12 mit anderen Metall-Zentren zu synthetisieren. Der Gruppe umBernhard Kräutler vom Institut für Organische Chemie ist es vor einigen Jahren gemeinsam mit britischen Biologen gelungen, das Kobalt-Zentrum gezielt durch Rhodium zu ersetzen und damit Antivitamine B12 zu erzeugen. Diese synthetischen Rhodiumkomplexe sind als wirksame Inhibitoren interessant und können dafür verwendet werden, biologische Prozesse im Inneren von Zellen spezifisch zu steuern und zu entschlüsseln. Gemeinsam mit Wissenschaftlern in Spanien hat Bernhard Kräutler nun gezeigt, dass das lichtstabile Rhodium-Analog des Coenzyms B12, den lebenswichtigen Sonnenschutz von Bakterien sehr effektiv blockiert.
Coenzym B12 wirkt nicht nur als wertvoller Enzymkofaktor, sondern auch als überraschend effektiver Lichtsensor in Bakterien. Es bindet im Dunkeln an monomere Transkriptions-Proteine, die dann zu Tetrameren assoziieren und sequenzspezifisch an die DNA binden. Dadurch wird lokal die Transkription der DNA verhindert und damit die Biosynthese von Carotinoiden, jener Pigmente, die das Bakterium vor dem schädlichen Sonnenlicht schützen. Durch Licht wird Coenzym B12 gespalten, was zum Zerfall der DNA-bindenden Tetramere führt, so dass die DNA dann abgelesen werden kann: nun produziert das Bakterium die orangefarbigen Carotinoide, wie visuell festgestellt werden kann. Das dem komplizierten Coenzym B12 strukturell zum Verwechseln ähnliche Analog mit einem Rhodium-Zentrum wird von den Zellen nicht als Antivitamin B12 erkannt und lässt sich, wie die Studien zeigen, leicht in die Zellen von Bakterien einschleusen. „Dieses Rhodium-haltige Antivitamin B12 wird aber vom Licht nicht gespalten und die DNA-bindenden Tetramere sind in den Bakterien auch im Licht intakt“, erklärt Bernhard Kräutler. „Damit wird die DNA für die Kodierung der Carotinoide dauerhaft blockiert und die Bakterien verlieren ihre Fähigkeit diese für sie lebenswichtigen Lichtschutzfilter zu produzieren“
Die Forschergruppe widmete ihre aktuelle Arbeit dem im vergangenen Jahr verstorbenen berühmten Chemiker Albert Eschenmoser, der mit seiner Gruppe an der ETH Zürich den hochkomplexen Naturstoff Vitamin B12 totalsynthetisch hergestellt hat.
Publikation: The Rhodium Analogue of Coenzyme B12 as an Anti-Photoregulatory Ligand Inhibiting Bacterial CarH Photoreceptors. Ricardo Pérez-Castaño, Juan Aranda, Florian J. Widner, Christoph Kieninger, Evelyne Deery, Martin J. Warren, Modesto Orozco, Montserrat Elías-Arnanz, S. Padmanabhan, and Bernhard Kräutler. Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202401626