{"id":71462,"date":"2020-02-07T06:54:04","date_gmt":"2020-02-07T05:54:04","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fbiowissenschaften-chemie%2Fdie-karte-zur-wirkstoff-schatzkammer.html"},"modified":"2020-02-06T18:04:56","modified_gmt":"2020-02-06T17:04:56","slug":"die-karte-zur-wirkstoff-schatzkammer","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/die-karte-zur-wirkstoff-schatzkammer\/","title":{"rendered":"Die Karte zur Wirkstoff-Schatzkammer"},"content":{"rendered":"

Bereits kleine genetische Ver\u00e4nderungen f\u00fchren zu einer atemberaubenden Vielzahl an bakteriell gebildeten Naturstoffen. Das Team um den Jenaer Biochemiker Pierre Stallforth untersuchte, wie sich die Biosynthese von Naturstoffen im Laufe der Evolution ver\u00e4nderte. Die Ergebnisse ver\u00f6ffentlichte er in der Fachzeitschrift \u201eChemical Science\u201c der britischen \u201eRoyal Society of Chemistry\u201c. Diese Mechanismen zu verstehen, bedeutet auch, gezielt wirksame Substanzen aufzusp\u00fcren. Sie k\u00f6nnten beispielsweise als dringend ben\u00f6tigte neue Antibiotika oder Krebsmedikamente eingesetzt werden.<\/strong><\/p>\n

Bakterien bilden Naturstoffe in den meisten F\u00e4llen aus einfachen Bausteinen in einer mehr oder weniger komplizierten Abfolge chemischer Reaktionen. Die hierf\u00fcr verantwortlichen Gene sind h\u00e4ufig in Gruppen angeordnet, den Biosynthese-Genclustern. Jedes dieser Gene verschl\u00fcsselt ein Enzym, das einen bestimmten Reaktionsschritt katalysiert. Vergleichbar ist dies mit einer Fertigungsstra\u00dfe f\u00fcr Automobile, an der jeder einzelne Roboter eine ganz bestimmte Aufgabe \u00fcbernimmt.<\/p>\n

Die Evolution von Biosynthesewegen<\/h3>\n

\"Hans-Kn\u00f6ll-Institut\"Nun erfindet die Natur nicht jeden Biosyntheseweg v\u00f6llig neu. Vielmehr werden bekannte Module einer l\u00e4ngeren Synthesekette ausgetauscht, verdoppelt oder wechseln in der Reihenfolge ihre Position. Es ist \u00f6konomischer f\u00fcr ein Lebewesen, mit geringf\u00fcgigen \u00c4nderungen der Synthese eine neue Substanz hervorzubringen. \u201eSo entsteht im Laufe der Evolution ein gigantisches Mosaik aus leicht unterschiedlichen Syntheserouten und im Ergebnis eine gro\u00dfe Vielfalt an Naturstoffen\u201c, erl\u00e4utert Pierre Stallforth.<\/p>\n

Er leitet die Abteilung Pal\u00e4obiotechnologie am Leibniz-Institut f\u00fcr Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie \u2013 Hans-Kn\u00f6ll-Institut \u2013 (Leibniz-HKI). Anhand von drei Naturstoff-Familien entwickelte Stallforths Team ein Modell der Evolution von Biosynthesewegen. Die von ihm neu entdeckte Substanz-Klasse der Virginiafactine \u00e4hnelt stark den bekannten Syringafactinen und den Cichofactinen. All diese Substanzen sind sogenannte Lipooctapeptide, die von Bakterien der Gattung Pseudomonas gebildet werden.<\/p>\n

Hochkomplexe Enzyme, sogenannte \u201eNichtribosomale Peptidsynthetasen\u201c, sind f\u00fcr die Bildung der von Stallforths Team untersuchten Molek\u00fcle verantwortlich. Sie sind modular aufgebaut. Die Forscher verglichen diese Synthese-Enzyme und die Anordnung ihrer Module systematisch: \u201eMittels chemischer Synthese, neuartigen Analysemethoden und der Bioinformatik war es unserer Forschungsgruppe m\u00f6glich, den evolution\u00e4ren Stammbaum f\u00fcr jeden Naturstoff zu rekonstruieren, der mit mithilfe der untersuchten Enzyme gebildet wird\u201c, freut sich Stallforth. \u201eWir zeigen damit das breite Spektrum der Naturstoffe auf, die auf kleine Ver\u00e4nderungen in der Synthese zur\u00fcckzuf\u00fchren sind.\u201c<\/p>\n

Die Vielfalt der Naturstoffe<\/h3>\n

\u00dcberlebensf\u00e4higkeit und Durchsetzungskraft eines Organismus in der Natur \u2013 also dessen \u201eevolution\u00e4rer Erfolg\u201c \u2013 h\u00e4ngen ganz wesentlich von seiner Ausstattung mit Naturstoffen ab. Sie sind es, die die meisten Wechselwirkungen mit anderen Organismen steuern. Eine hohe genetische Dynamik und Flexibilit\u00e4t f\u00fchrt dazu, dass fortw\u00e4hrend neue Naturstoffe entstehen. Deren Nutzen f\u00fcr den jeweiligen Organismus erweist sich in der Auseinandersetzung mit den Widrigkeiten der Umwelt sowie mit anderen Organismen.<\/p>\n

Chancen der Untersuchungen<\/h3>\n

Dem Menschen bieten sich damit zwei gro\u00dfe Chancen: Zum einen ist die Vielfalt der in der Natur vorhandenen Molek\u00fcle schier unersch\u00f6pflich. Es kommt darauf an, diese Molek\u00fcle aufzusp\u00fcren und zu pr\u00fcfen, ob sie auch f\u00fcr uns, beispielsweise als Wirkstoffe in Form von Antibiotika oder Krebsmedikamenten, n\u00fctzlich sein k\u00f6nnen. \u201eZum anderen k\u00f6nnen wir mit dem Wissen zur Evolution von Synthesewegen gezielt Naturstoffe im Labor nachbilden\u201c, f\u00fchrt Stallforth weiter aus. So ist es heute m\u00f6glich, Biosynthese-Gencluster mit molekularbiologischen Methoden zu ver\u00e4ndern und neu zu kombinieren. \u201eAuf diese Weise k\u00f6nnen wir Naturstoffe praktisch am Rei\u00dfbrett entwerfen, die anschlie\u00dfend Bakterien f\u00fcr uns bilden sollen\u201c, erg\u00e4nzt der Jenaer Biochemiker. Ein vielversprechender Weg vor allem dann, wenn sich die Molek\u00fcle aufgrund ihrer Komplexit\u00e4t nicht rein chemisch synthetisieren lassen.<\/p>\n

Mit ihrer Pionierarbeit zur Evolution von Naturstoff-Biosynthesen haben Stallforth und seine Mitarbeiter die T\u00fcr zu dieser Wirkstoff-Schatzkammer einen Spalt weiter ge\u00f6ffnet. Die Untersuchungen wurden im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereiches ChemBioSys durchgef\u00fchrt, in dem sich zahlreiche Wissenschaftler aus Jena mit der Funktion kleiner Molek\u00fcle in komplexen mikrobiellen Lebensgemeinschaften befassen. Neben der von Stallforth geleiteten Gruppe waren Kolleginnen und Kollegen aus zwei weiteren Nachwuchsgruppen sowie vom Biotechnikum des Leibniz-HKI beteiligt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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