Professor Dr Kai Tittmann

Forschungsschwerpunkte: Reaktionsmechanismen und Regulation von Enzymen, Proteinstrukturen, Katalyse, Redoxbiochemie, Alzheimer, Coronavirus, Antibiotikaforschung
Kai Tittmann ist ein deutscher Biochemiker. Im Zentrum seiner Forschung steht die Analyse der molekularen Reaktionsmechanismen von Enzymen, die als natürliche Katalysatoren im menschlichen Organismus wirken. Dazu verwendet er biochemische und biophysikalische Methoden wie Röntgenkristallografie, Kernspinresonanzspektroskopie und kinetische Analysen. Neben der Grundlagenforschung ist es Ziel, Enzyme für biokatalytische Anwendungen zu optimieren und Arzneimittel zu entwickeln. Hohen Bekanntheitsgrad erlangte Kai Tittmann insbesondere durch die Entdeckung eines neuen universalen Redoxschalters in Proteinen, der unter anderem als „Schutzschalter“ im Coronavirus nachgewiesen werden konnte. Diese Erkenntnisse dienen genauso als Ansatzpunkte für therapeutische Entwicklungen wie seine Erkenntnisse zu einer neuen Antibiotika-Klasse und zur Alzheimer-Erkrankung.
Proteine sind für viele grundlegende Prozesse verantwortlich. Beispielweise werden sie als Enzyme (biologische Katalysatoren) im Stoffwechsel benötigt sowie für die Kommunikation innerhalb der Zelle und zwischen Zellen. Durch eine fehlerhafte Funktion von Proteinen entstehen viele Krankheiten. Kai Tittmann und sein Team befasst sich mit der Analyse der chemischen Reaktionsmechanismen und der Regulation von Enzymen auf atomarer Ebene. Mittels ultrahochaufgelöster Röntgenkristallographie ist es ihm und seinen Mitarbeitern gelungen, die Position von Protonen in „arbeitenden“ Enzymen zu beobachten. Proteine nutzen kollektive Protonenbewegungen für die Signalübertragung im Sinne eines Newton’schen Pendels. Diese bahnbrechende Erkenntnis ermöglicht, Krankheitsmechanismen besser zu verstehen und neue Medikamente zu entwickeln. Außerdem gelang es erstmalig Carbene, eine reaktive Stufe des Kohlenstoffs, in der Enzymkatalyse nachzuweisen.
Besondere Anerkennung fand Kai Tittmann zusammen mit einem interdisziplinären Team durch seine Alzheimer-Forschung. Das Team untersuchte, wie ein bestimmtes Enzym des Hormonstoffwechsels aus dem menschlichen Gehirn eine pathophysiologische Rolle bei der Entstehung der Alzheimer-Krankheit spielt. Mittels Proteinkristallografie konnten die Forschenden erstmalig die einzelnen „Arbeitsschritte“ des Enzyms beobachten. Dies ermöglicht, neuartige Inhibitoren, also Hemmstoffe, zu entwickeln, deren Designprinzip der natürlichen Reaktion nachempfunden ist und so die Gefahr gefährlicher Nebenwirkungen ausschließt.
In einem weiteren Ansatz beschäftigt sich Kai Tittmann mit der Entwicklung einer neuen Antibiotikaklasse, einem natürlich vorkommenden Antivitamin des Vitamins B1. Einige Bakterien produzieren es, um konkurrierende Bakterien abzutöten. Das Team um Kai Tittmann konnte die Prozesse mittels hochaufgelöster Proteinkristallografie analysieren. Die Erkenntnis darüber, wie das Antivitamin Bakterien hemmt, aber auf menschliche Proteine jedoch keine Wirkung hat, eröffnet einen neuen Ansatz, therapeutische Alternativen zu bisherigen Antibiotika zu entwickeln.
Weltweite Aufmerksamkeit erlangte die Arbeitsgruppe um Kai Tittmann zudem durch die Entdeckung eines neuen Schalters in Proteinen. Dieser wirkt unter anderem als „Schutzschalter“ in einem Protein im Coronavirus, der sogenannten Hauptprotease. Die „Schutzschalter“-Proteine bewahren das Coronavirus vor Angriffen des menschlichen Immunsystems. Die Kenntnis über diese schützende Struktur hat dem Team ermöglicht, Moleküle zu entwickeln, die passgenau an die „Schutzschalter“ binden und die Hauptprotease hemmen. Diese Art von Molekülen eröffnet neue therapeutische Möglichkeiten, um Coronaviren in ihrer Aktivität zu stoppen.