Unsere Forschung
Die Verbreitung von Antibiotika-resistenter humanpathogener Bakterien stellt eine steigende Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. Daher ist die Entwicklung neuer Anti-Infektiva und ein verbessertes Verständnis ihrer Funktion und Wirkungsweise dringend notwendig. Unsere Abteilung verfolgt eine Mikrobiota-basierte Strategie, um neue Wirkstoffe aus Mikroorganismen zu identifizieren.
Was bedeutet „Mikrobiota“?
Mikrobielle Gemeinschaften (Mikrobiota) setzen sich aus einer Vielzahl verschiedener Bakterien, Pilze und Vertreter ein- und wenig zellige Eukaryoten, sowie Viren, zusammen.
Mikrobiota befinden sich unter anderem auf menschlichen, tierischen und pflanzlichen Gewebeoberflächen, wo sie essentielle Funktionen für den Wirt einnehmen können. Je nach Lokalisation variiert die Zusammensetzung der Mikrobiota und damit in vielen Fällen auch ihre Funktion.
Welche Rolle spielen Naturstoffe?
Mikroorganismen regulieren und manipulieren ihr Zusammenleben durch die Aussendung von bioaktiven Naturstoffen. Mikrobielle Naturstoffe können antibiotisch wirken, um die Produzenten zu schützen, können aber auch als zelluläres Signal wirken, als Morphogen für den Wirtsorganismus oder als Nährstoff verstoffwechselt werden. Jedoch sind die chemischen Strukturen vieler dieser modulierenden Naturstoffe noch unbekannt. Dadurch bleibt ihre natürliche Funktion sowie ihr potenzieller Einfluss auf die Mikrobiota und ihre möglichen Anwendungsmöglichkeiten bislang weitgehend unerschlossen.
Wie kann das Naturstoffpotential erschlossen werden?
Da Naturstoffe wichtige Funktionen in mikrobiellen Interaktionen spielen, ist ihre Produktion eng mit der Zusammensetzung dieser verknüpft. Die Beemelmanns-Gruppe analysiert repräsentative mikrobielle Gemeinschaften, um ein besseres Verständnis der verschiedenen Elicitoren zu schaffen und das kodierte Naturstoffpotenzial vollständiger zu erschließen. Dazu werden z.B. zielorientierte Bioassays auf Basis von Bakterien-Bakterien und Bakterien-Pilz-Interaktionen verwendet, um die Produktion von bioaktiven Naturstoffen zu stimulieren. Zur Strukturaufklärung der sekretierten Naturstoffe wendet die Gruppe etablierte und innovative analytische Methoden an.
Die erhaltenen Naturstoffe werden auf ihre anti-infektive Wirkungsweise und Naturstoffe mit hohem Wirkpotential synthetisiert, um ihre Struktur-Wirkungsbeziehungen besser zu erfassen und die Profilierung der vielversprechendsten Kandidaten voranzutreiben.
Zudem wird der Einfluss der charakterisierten Naturstoffe auf symbiotische Gemeinschaften mittels Mikrobiomstudien untersucht. Mittels dieser Studien erhoffen wir uns bessere Aussagen über die Stabilität und Dynamiken von mikrobiellen Gemeinschaften treffen zu können.
Die Aufklärung der Biosynthesewege neuer Naturstoffe und ihre Regulation ist ebenfalls ein wichtiger Bestandteil unserer Forschung, um unser biokatalytisches Verständnis zu verbessern und die Entwicklung von biotechnologischen Ansätzen voranzutreiben.
Die Mitglieder der Abteilung haben unterschiedliche wissenschaftliche Ausbildungen. Hierzu zählen sowohl die synthetisch organische Chemie, als auch Mikrobiologie, Biochemie, und Pharmazie.
Unsere Forschung
Die Verbreitung von Antibiotika-resistenter humanpathogener Bakterien stellt eine steigende Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. Daher ist die Entwicklung neuer Anti-Infektiva und ein verbessertes Verständnis ihrer Funktion und Wirkungsweise dringend notwendig. Unsere Abteilung verfolgt eine Mikrobiota-basierte Strategie, um neue Wirkstoffe aus Mikroorganismen zu identifizieren.
Was bedeutet „Mikrobiota“?
Mikrobielle Gemeinschaften (Mikrobiota) setzen sich aus einer Vielzahl verschiedener Bakterien, Pilze und Vertreter ein- und wenig zellige Eukaryoten, sowie Viren, zusammen.
Mikrobiota befinden sich unter anderem auf menschlichen, tierischen und pflanzlichen Gewebeoberflächen, wo sie essentielle Funktionen für den Wirt einnehmen können. Je nach Lokalisation variiert die Zusammensetzung der Mikrobiota und damit in vielen Fällen auch ihre Funktion.
Welche Rolle spielen Naturstoffe?
Mikroorganismen regulieren und manipulieren ihr Zusammenleben durch die Aussendung von bioaktiven Naturstoffen. Mikrobielle Naturstoffe können antibiotisch wirken, um die Produzenten zu schützen, können aber auch als zelluläres Signal wirken, als Morphogen für den Wirtsorganismus oder als Nährstoff verstoffwechselt werden. Jedoch sind die chemischen Strukturen vieler dieser modulierenden Naturstoffe noch unbekannt. Dadurch bleibt ihre natürliche Funktion sowie ihr potenzieller Einfluss auf die Mikrobiota und ihre möglichen Anwendungsmöglichkeiten bislang weitgehend unerschlossen.
Wie kann das Naturstoffpotential erschlossen werden?
Da Naturstoffe wichtige Funktionen in mikrobiellen Interaktionen spielen, ist ihre Produktion eng mit der Zusammensetzung dieser verknüpft. Die Beemelmanns-Gruppe analysiert repräsentative mikrobielle Gemeinschaften, um ein besseres Verständnis der verschiedenen Elicitoren zu schaffen und das kodierte Naturstoffpotenzial vollständiger zu erschließen. Dazu werden z.B. zielorientierte Bioassays auf Basis von Bakterien-Bakterien und Bakterien-Pilz-Interaktionen verwendet, um die Produktion von bioaktiven Naturstoffen zu stimulieren. Zur Strukturaufklärung der sekretierten Naturstoffe wendet die Gruppe etablierte und innovative analytische Methoden an.
Die erhaltenen Naturstoffe werden auf ihre anti-infektive Wirkungsweise und Naturstoffe mit hohem Wirkpotential synthetisiert, um ihre Struktur-Wirkungsbeziehungen besser zu erfassen und die Profilierung der vielversprechendsten Kandidaten voranzutreiben.
Zudem wird der Einfluss der charakterisierten Naturstoffe auf symbiotische Gemeinschaften mittels Mikrobiomstudien untersucht. Mittels dieser Studien erhoffen wir uns bessere Aussagen über die Stabilität und Dynamiken von mikrobiellen Gemeinschaften treffen zu können.
Die Aufklärung der Biosynthesewege neuer Naturstoffe und ihre Regulation ist ebenfalls ein wichtiger Bestandteil unserer Forschung, um unser biokatalytisches Verständnis zu verbessern und die Entwicklung von biotechnologischen Ansätzen voranzutreiben.
Die Mitglieder der Abteilung haben unterschiedliche wissenschaftliche Ausbildungen. Hierzu zählen sowohl die synthetisch organische Chemie, als auch Mikrobiologie, Biochemie, und Pharmazie.
Prof. Christine Beemelmanns
Wir verwenden mikrobielle Interaktionstudien sowie molekularbiologische und synthetische Ansätze, um die Identifizierung und die Produktion von Wirkstoffkandidaten aus Naturstoffen voranzutreiben.
Christine Beemelmanns studierte Chemie an der RWTH Aachen und ging nach ihrem Abschluss für einen einjährigen Forschungsaufenthalt in die Gruppe von Prof. Sodeoka am RIKEN nach Japan. Zurück in Deutschland arbeitete sie an der FU Berlin bei Prof. Reißig und promovierte in Organischer Chemie. Anschließend arbeitete sie weitere sechs Monate in Japan an der Universität Tokio unter der Leitung von Prof. K. Suzuki und trat kurz darauf 2011 der Gruppe von Prof. Clardy an der Harvard Medical School (Boston) bei.
Ende 2013 erhielt sie einen Ruf vom Hans-Knöll-Institut (HKI), um dort als Nachwuchsgruppenleiterin im Bereich Naturstoffchemie und Chemische Biologie zu arbeiten.
In 2020 war Sie zudem Margaret L. and Harlan L. Goering Visiting Professors in Organic Chemistry an der UW Madison (Frühjahrssemester 2020).
2022 wurde Christine Beemelmanns auf die Professur Mikrobielle Stoffwechselbiochemie an der Universität Leipzig berufen. Im Oktober 2022 nahm sie einem Ruf auf die Professur für Medizinisch-Pharmazeutische Mikrobiotaforschung an der Universität des Saarlandes und dem HIPS an.
Ihre Forschung kombiniert verschiedene Aspekte der Naturstoffchemie, der angewandten Mikrobiologie und der organischen und Naturstoffchemie und zielt darauf ab, mikrobielle Signal- und Abwehrmoleküle in verschiedenen Modellsystemen chemisch und funktionell zu charakterisieren. Die Analyse alter und weiterentwickelter mikrobieller Interaktionen ermöglicht es ihr, beispiellose chemische Kernstrukturen mit potenziellem pharmazeutischem Potenzial zu entdecken.
Ausgewählte Publikationen
Raguž L,# Peng CC,# Rutaganira FUN, Krüger T, Stanisic A, Jautzus T, Kries H, Kniemeyer O, Brakhage A, King N, Beemelmanns C* (2022) Total synthesis and functional evaluation of IORs, sulfonolipid-based inhibitors of cell differentiation in Salpingoeca rosetta. Angew Chem Int Ed, e202209105.
Raguž L, Peng CC, Kaiser M, Görls H, Beemelmanns C* (2022) A modular approach to the antifungal Sphingofungin family: Concise total synthesis of Sphingofungin A and C. Angew Chem Int Ed, e202112616
Guo H, Rischer M, Westermann M, Beemelmanns C* (2021) Two distinct bacterial biofilm components trigger metamorphosis in the colonial hydrozoan Hydractinia echinata. mBio 12(3), e0040121.
Schalk F, Gostinčar C, Kreuzenbeck NB, Conlon BH, Sommerwerk E, Rabe P, Burkhardt I, Krüger T, Kniemeyer O, Brakhage AA, Gunde-Cimerman N, de Beer ZW, Dickschat JS, Poulsen M, Beemelmanns C* (2021) The termite fungal cultivar Termitomyces combines diverse enzymes and oxidative reactions for plant biomass conversion. mBio 12(3), e0355120.
Guo H, Schwitalla JW, Benndorf R, Baunach M, Steinbeck C, Görls H, de Beer ZW, Regestein L, Beemelmanns C* (2020) Gene cluster activation in a bacterial symbiont leads to halogenated angucyclic maduralactomycins and spirocyclic actinospirols. Org Lett 22(7), 2634-2638
