{"id":110039,"date":"2022-06-01T07:26:00","date_gmt":"2022-06-01T05:26:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=110039"},"modified":"2022-05-24T15:48:59","modified_gmt":"2022-05-24T13:48:59","slug":"neue-antibiotika-alternativen-aus-bodenbakterien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/neue-antibiotika-alternativen-aus-bodenbakterien\/","title":{"rendered":"Neue Antibiotika-Alternativen aus Bodenbakterien"},"content":{"rendered":"\n
<\/h2>\n\n\n\n\n\n
Bakterien sind nicht allzu freundlich untereinander: viele von ihnen geben antimikrobielle Stoffe in ihre Umgebung ab, um sich so in ihrer \u00f6kologischen Nische Vorteile zu verschaffen. Solche Bakteriocine machen sich Forschende der Universit\u00e4t Ulm zunutze: Sie haben ein gentechnisch ver\u00e4ndertes Bodenbakterium geschaffen, das als biotechnologischer Plattformorganismus solche Antibiotika-Alternativen rein und in gro\u00dfer Menge produzieren kann \u2013 und das auch noch ressourcenschonend aus Abfallstoffen.<\/p>\n\n\n\n
Lassen Mensch und Tier gerne mal die Muskeln spielen, um unliebsame Konkurrenz aus dem Revier zu vertreiben, so haben Mikroorganismen nichts Derartiges zur Hand. Daf\u00fcr etwas umso Drastischeres: Bakteriocine. Diese kleinen, antimikrobiellen Peptide werden von einer Vielzahl von Bakterien produziert und sind in der Lage, die Zielorganismen abzut\u00f6ten oder zumindest ihr Wachstum zu hemmen. Ihre biologische Rolle besteht darin, dem Produzenten \u00dcberleben und Ausbreitung in seiner \u00f6kologischen Nische zu sichern.<\/p>\n\n\n\n
Aber auch f\u00fcr uns sind Bakteriocine von Bedeutung: Aufgrund der Aktivit\u00e4t gegen Krankheitserreger werden sie schon vielfach als Konservierungsstoffe in Lebensmitteln und Tierfutter eingesetzt. Nisin beispielsweise, das hinter der Nummer E 234 steckt: Diese antimikrobielle Substanz dient dem Milchs\u00e4urebakterium Lactococcus lactis zur Porenbildung in fremden Biomembranen \u2013 ein f\u00fcr den Konkurrenzorganismus toxischer Vorgang. F\u00fcr Menschen und Tiere sind Bakteriocine allerdings v\u00f6llig harmlos. Sie geh\u00f6ren, wie beispielsweise in der Milch, zu den nat\u00fcrlichen Nahrungsbestandteilen und werden im Verdauungstrakt schnell abgebaut.<\/p>\n\n\n\n
Mit Bakteriocinen Antibiotika-Resistenzen vermeiden<\/h3>\n\n\n\n
Die fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen zeigen in A) einzelne Bakterien und in B) sowie C) Kulturen auf Agarplatten. A) Mithilfe von fluoreszierenden Sensorbakterien k\u00f6nnten Bakteriocine detektiert werden: Sie leuchten im Au\u00dfenbereich blaugr\u00fcn, sobald sie in Kontakt mit der antimikrobiellen Substanz kommen. B) Rund um die wei\u00dfen Kolonien der Bakteriocinproduzenten sind Hemmh\u00f6fe im Rasen der Sensorbakterien zu erkennen. C) Das Wachstum der Sensorbakterien wird gehemmt \u2013 wie stark, ist abh\u00e4ngig von Verd\u00fcnnung sowie Bakteriocinkonzentration. \u00a9 Christian Riedel \/ Universit\u00e4t Ulm<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
Auch medizinisches Potenzial wird in den Bakteriocinen schon seit einiger Zeit gesehen: Sie gelten als hoffnungsvolle Alternativen zu g\u00e4ngigen Antibiotika. Dadurch, dass Antibiotika in den letzten Jahren \u00fcberm\u00e4\u00dfig und vor allem in der Tierhaltung geradezu missbr\u00e4uchlich eingesetzt wurden, sind viele Krankheitserreger mittlerweile resistent gegen die einst sehr wirksame medizinische Waffe geworden. Bakterielle Resistenzen geh\u00f6ren laut Weltgesundheitsorganisation WHO zu den derzeit gr\u00f6\u00dften Bedrohungen unserer Gesundheit.1)<\/p>\n\n\n\n
Tats\u00e4chlich wurden in den letzten Jahren auch schon eine Reihe von Bakteriocinen aus unterschiedlichsten Quellen gewonnen, die vielversprechende Wirkungen gegen klinisch relevante Krankheitserreger zeigen. Allerdings wurde deren praktische Anwendung bislang durch mehrere Faktoren verhindert: Sie m\u00fcssen in aufwendigen Fermentationsprozessen mit nat\u00fcrlichen Bakterien hergestellt werden, f\u00fcr die es komplexe und teure N\u00e4hrmedien braucht. Bestenfalls entstehen hieraus dann halbgereinigte Pr\u00e4parate oder Rohfermente, die f\u00fcr einen medizinischen Einsatz noch sehr aufwendig gereinigt werden m\u00fcssen. Zudem ist der Energiebedarf der gesamten Prozedur hoch \u2013 f\u00fcr andere Anwendungen als die Lebensmittelkonservierung also viel zu kompliziert und unrentabel.<\/p>\n\n\n\n
Bis jetzt \u2013, denn eine L\u00f6sung ist in greifbarer N\u00e4he: Forschende am Institut f\u00fcr Mikrobiologie und Biotechnologie der Universit\u00e4t Ulm haben gezeigt, dass es biotechnologisch m\u00f6glich ist, mithilfe des industriellen Plattformorganismus Corynebacterium glutamicum \u2013 einem nicht-pathogenen Bodenbakterium \u2013 ein hochwirksames antimikrobielles Peptid so herzustellen, dass dies auch in den gro\u00dftechnischen Ma\u00dfstab \u00fcbertragbar ist.2) \u201eWir haben gemeinsam mit europ\u00e4ischen Partnern im Projekt iFermenter einen Produktionsprozess entwickelt, mit dem wir Bakteriocine rekombinant, effizient und ressourcenschonend gro\u00dftechnisch herstellen k\u00f6nnen\u201c, berichtet Prof. Dr. Christian Riedel, der die Forschungsarbeiten in Ulm leitet. \u201eZun\u00e4chst Pediocin PA-1, ein Peptid, das besonders gut gegen Listerien wirkt, wie sie beispielsweise in Rohmilch vorkommen und gef\u00e4hrliche Krankheitssymptome ausl\u00f6sen k\u00f6nnen. Nun wollen wir das Verfahren St\u00fcck f\u00fcr St\u00fcck auch auf andere Peptidpharmazeutika ausweiten und das Produktportfolio erweitern \u2013 nicht nur Antibiotika-Alternativen herstellen, sondern beispielsweise auch Hormone oder antivirale Substanzen.<\/p>\n\n\n\n
Bakteriocinproduktion als modulares System<\/h3>\n\n\n\n
Die Forschenden Dr. Oliver Goldbeck, Prof. Dr. Christian Riedel, Dominique N. Desef und Prof. Dr. Bernhard J. Eikmanns (v. l.) haben ein rekombinantes Bodenbakterium geschaffen, das Bakteriocine effizient produzieren kann (Auf dem Foto fehlt Dominik Weixler). \u00a9 Lisanne Wolters \/ Universit\u00e4t Ulm<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
Um Pediocin PA-1 herzustellen, haben die Forschenden die Corynebakterien gentechnisch ver\u00e4ndert: Hierzu wurde das Gen eingebracht, das f\u00fcr die Bakteriocin-Biosynthese verantwortlich ist plus die erforderlichen Gene f\u00fcr Modifikations- und Transportproteine \u2013 aber nicht nur das. Weitere k\u00fcnstliche Gene verleihen den Bakterien die F\u00e4higkeit, Abfallstr\u00f6me als Substrat zu nutzen. \u201eSolche Abf\u00e4lle, z. B. Lignocellulose-Hydrolysate aus der Holzindustrie, enthalten viele interessante Zucker\u201c, erkl\u00e4rt Riedel. \u201eDiese Zucker k\u00f6nnen dann von \u201eunseren\u201c Bakterien zur Herstellung h\u00f6herwertiger Produkte wie z.B. Bakteriocine genutzt werden.\u201c<\/p>\n\n\n\n
\u00dcberhaupt soll das System letzten Endes einmal modular aufgebaut sein: Die genetische Umgebung f\u00fcr das Grunds\u00e4tzliche bleibt, und man w\u00fcrde dann nur noch Gene als Module f\u00fcr Substrat und Produkt nach Belieben austauschen. So k\u00f6nnte man je nach Bedarf unterschiedliche Substanzen herstellen, aber auch verschiedene Abf\u00e4lle nutzen.<\/p>\n\n\n\n
Weitere Produkte sind in Arbeit<\/h3>\n\n\n\n
Was das Pediocin PA-1 angeht, so ist das internationale Team derzeit dabei, das Verfahren vom Labor- in den gro\u00dftechnischen Ma\u00dfstab f\u00fcr die zuk\u00fcnftige Industrieproduktion zu \u00fcberf\u00fchren: \u201eGemeinsam mit unseren belgischen Partnern testen wir dies gerade in einem vorindustriellen 150-Liter-Ma\u00dfstab\u201c, berichtet der Professor. \u201eParallel erarbeiten wir uns weitere, auch komplexere Produkte, wie beispielsweise Nisin.\u201c<\/p>\n\n\n\n
Eine Herausforderung ist die Tatsache, dass die Bodenbakterien dank ihrer k\u00fcnstlichen Gene einerseits Substanzen produzieren sollen, die antimikrobiell wirken. Diese aber anderseits dem Produzenten selbst nicht schaden sollen. Im Falle von Pediocin kein Problem: Corynebacterium glutamicum besitzt keine Rezeptoren f\u00fcr das Bakteriocin. F\u00fcr andere Substanzen, wie z. B. Nisin, k\u00f6nnte das aber durchaus schwierig werden. Deshalb bedienen sich die Experten eines Tricks: Zun\u00e4chst einmal wird eine inaktive Vorstufe gebildet, die dann erst in einem zweiten Schritt aktiviert wird.<\/p>\n\n\n\n
Tests in Cremes und Verbandsmaterial stehen bevor<\/h3>\n\n\n\n
Im Forschungsprojekt iFermenter wurde mithilfe des Modellorganismus Corynebacterium glutamicum die rekombinante Produktion von Bakteriozinen etabliert, um sie zur medizinischen Nutzung zur Verf\u00fcgung zu stellen. \u00a9 Christian Riedel \/ Universit\u00e4t Ulm<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
Den ersten Praxistest sollen die Bakteriocine in antimikrobiellen Cremes und Verbandsmaterial bestehen. \u201eEin Antrag gemeinsam mit dem Medizinproduktehersteller Hartmann l\u00e4uft\u201c, sagt Riedel. Denn f\u00fcr eine orale Anwendung eignen sich die Substanzen nicht. Sie w\u00fcrden im Magen-Darm-Trakt unsch\u00e4dlich gemacht, und auch intraven\u00f6s verabreicht relativ schnell vom Immunsystem eliminiert werden. Deshalb konzentrieren sich die Forschungsaktivit\u00e4ten auf die oberfl\u00e4chliche Anwendung, etwa auf Haut und Schleimh\u00e4uten. Aber auch als Probiotika in Kapseln zur Mikrobiom-Modifizierung w\u00e4re eine Nutzung denkbar. Viel zu tun haben die Ulmer Forschenden in n\u00e4chster Zeit auf jeden Fall: Neben der Weiterentwicklung des schon Erreichten, wollen sie die Suche nach Antibiotika-Alternativen in alle m\u00f6glichen Richtungen ausdehnen \u2013 Stammsammlungen durchmustern, Bodenproben analysieren oder in der Grundlagenforschung nach neuen Substanzen fahnden. Und dann nat\u00fcrlich ihr entwickeltes Verfahren m\u00f6glichst schnell kommerzialisieren.<\/p>\n\n\n\n
Projekt iFermenter<\/h3>\n\n\n\n
Die Ulmer Forschungsarbeiten rund um die Bakteriocine sind Teil des internationalen Forschungsverbundes iFermenter, der von der EU im Rahmen von Horizon 2020 mit rund 5,25 Mio. Euro gef\u00f6rdert und von der Norwegian University of Science and Technology koordiniert wird. Das Verbundvorhaben entwickelt intelligente Bioprozesstechnologien, um antimikrobielle Peptide aus Abf\u00e4llen der Holzindustrie herzustellen. Der Forschungsverbund hat die Ziele, nicht nur zuckerhaltige Reststoffstr\u00f6me einer Wertsch\u00f6pfung zuzuf\u00fchren, sondern auch gleichzeitig deren Produktionsprozesse g\u00fcnstiger und ressourcenschonender zu gestalten.<\/p>\n\n\n\n
![\"Die](\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2022\/05\/Bacteriocine_fluoreszenzmikroskopische_Aufnahmen-1.png\")
![\"Das](\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2022\/05\/Bacteriocine_Portaet_Oliver_Goldbeck_Christian_Riedel_Dominique_Desef_Bernhard_Eikmanns-1.jpg\")
![\"Bunte](\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2022\/05\/Bakteriocine_iFermenter-1.jpg\")