(11.11.2020) Von den insgesamt rund 20 bekannten Vitaminen sind für den Mensch 13 essenziell. Vitamine sind aber nicht nur für unsereins überlebenswichtig, auch andere Organismen sind auf die organischen Verbindungen angewiesen. Besondere Vorsicht ist deshalb bei den Gegenspielern der Vitamine geboten – den Antivitaminen. Darunter fällt eine Vielzahl von verschiedenen Substanzen, welche die Vitaminwirkung auf ganz unterschiedliche Art und Weise beeinflusst. Antivitamine können beispielsweise die Aufnahme von Vitaminen blockieren, ihre Synthese stoppen oder den Vitaminstoffwechsel blockieren.
Das wohl bekannteste Antivitamin ist Avidin. Das Glykoprotein bindet ähnlich wie sein Namensvetter Streptavidin Biotin mit einer sehr hohen Affinität. Avidin bildet mit Biotin eine stabile nicht-kovalente Verbindung, sodass das Vitamin im Darm nicht mehr aufgenommen werden kann. Avidin kommt im Eiklar von Vogeleiern vor und ist hitzeinstabil – wie die meisten anderen Antivitamine auch. Weitere Antivitamine finden sich in Hülsenfrüchten wieder, in Pilzen oder schwarzem Tee. Wer aber eine ausgewogene Ernährung mit nicht allzu viel Rohkost einhält, braucht sich vor einem durch Antivitamine verursachten Vitamin-Mangel nicht zu fürchten.
Ein weiterer bekannter Antivitamin-Vertreter ist der Vitamin-K-Antagonist Dicumarol. Der bereits verstorbene US-amerikanische Biochemiker Karl Paul Link erzählt in einer spannenden Aufzeichnung von der Entdeckung des Antivitamins (Circulation 1959; 19: 97-107). In den 1920er-Jahren manifestierte sich fast gleichzeitig in North Dakota (USA) und Alberta (Kanada) eine Krankheit bei Rindern und Schafen, die in der Tierpathologie und Humanmedizin beispiellos war: Die Blutgerinnung der Tiere verschlechterte sich fortlaufend, was innere Blutungen zur Folge hatte, sodass die Tiere nach etwa dreißig bis fünfzig Tagen verstarben. Die zuständigen Tierärzte konnten die Ursache der Krankheit zunächst nicht benennen, denn weder ein pathogener Organismus noch ein Mangel an Nährstoffen war nachweislich Verursacher der Krankheit. Den Auslöser fanden die Tierärzte dann in verschimmeltem Steinklee-Heu (Melilotus), das auf mysteriöse Weise schlecht geworden war.
Link und sein Team (darunter auch der Schwabe und Agrarchemiker Eugen Wilhelm Schoeffel, der laut Links Erzählungen höchst unterhaltsam in einer Mischung aus Englisch und Schwäbisch fluchte) schafften es schließlich, den Übeltäter zu entlarven. 1939 entdeckte Links Student Harold Campbell auf einem Objektträger kristallisiertes Dicumarol, beziehungsweise 3,3‘-Methylenbis(4-hydroxycumarin). Link war es auch, der herausfand, dass Vitamin K der Wirkung von Dicumarol entgegenwirkt – was ihm Forscherkollegen zunächst nicht glaubten. Dennoch erforschten Link und seine Gruppe an der Universität Wisconsin über 100 Dicumarol-Abkömmlinge (die Cumarine). In der Medizin werden Cumarin-Derivate als blutgerinnungshemmende Medikamente verschrieben, lange Zeit waren sie auch als Rattengift im Einsatz.
Doch Antivitamine können auch eine ganz andere Funktion übernehmen: nämlich als Antibiotika. Das klingt zuerst einmal paradox, denn der Mensch ist genauso wie andere Organismen auf spezielle Vitamine angewiesen. Richtet ein Antivitamin da nicht mehr Schaden an als Nutzen?
Die herrkömmlichen antibiotischen Substanzen zielen entweder auf die Ribosomen der Pathogene und damit ihre Translation ab, oder sie behindern die Biosynthese von Zellwänden. Antivitamine hingegen greifen ganz anders in den Stoffwechsel der Mikroben ein und bergen deshalb hohes Antibiotika-Potenzial. Bislang haben Forschergruppen drei antibiotische Antivitamine beschrieben: das Riboflavin(Vitamin B2)-Analogon Roseoflavin, das Pyridoxin(Vitamin B6)-Analogon Ginkgotoxin 4 und das Thiamin(Vitamin B1)-Analogon 2‘-Methoxy-Thiamin (MTh). Letzteres hat kürzlich ein deutsch-US-amerikanisches Team genauer unter die Lupe genommen.
MTh ist eigentlich von dem natürlich vorkommenden Antivitamin Bacimethrin abgeleitet. Unterschiedliche Bakterien (zum Beispiel Clostridium botulinum und Streptomyces albus) produzieren den Stoff zur Abwehr anderer Mikroben – und das sehr erfolgreich. Wie die Substanz genau funktioniert, hat das Forscherteam um Bert L. de Groot vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen und Kai Tittmann von der Uni Göttingen und ebenfalls dem Göttinger MPI nun herausgefunden (Nat. Chem. Biol., doi: 10.1038/s41589-020-0628-4).
Thiamin und sein Analogon MTh unterscheiden sich nur an einer einzigen Stelle: Während Thiamin eine Methyl-Gruppe trägt, ist diese bei MTh durch eine Methoxy-Gruppe ausgetauscht. Dieser kleine Unterschied macht MTh für viele Bakterien toxisch. Tittmann, de Groot und Co. konnten mittels Proteinkristallographie in E. coli zeigen, dass MTh durch die größere Methoxy-Gruppe nicht mehr linear, sondern angewinkelt ist. Das Antivitamin kann so zwar noch an die Transketolase von E.coli (EcTK) binden – einem Schlüsselenzym des Pentosephosphatweges –, aber der eigentlich daran bindende Cofaktor (Thiamindiphosphat) kann nicht mehr aktiviert werden und die Katalyse kommt zum Erliegen.
Aber wie kann sich ein Antivitamin als Antibiotikum eignen, das die für Menschen essenzielle Thiamin-Funktion neutralisiert? Um diese Frage zu beantworten, warf die Forschergruppe MTh auch auf die humane Transketolase – und die juckte das Antivitamin nicht im Geringsten. „Die menschlichen Proteine binden das Antivitamin entweder gar nicht oder so, dass sie nicht ‚vergiftet‘ werden“, berichtet de Groot in der dazugehörigen Pressemitteilung. Damit rücken die Antivitamine plötzlich viel zentraler ins Antibiotika-Rampenlicht.
