Genome Mining für Sekundärstoffe

Die weltweite, unsachgemäße Anwendung von Antibiotika führt zu einer wachsenden Bedrohung durch die Entwicklung resistenter Keime. Dementsprechend werden neue antimikrobielle Wirkstoffe dringend benötigt. Eine der vielversprechendsten Quellen für die Entdeckung naturstoffbasierter Wirkstoffe sind Mikroorganismen. Die Entwicklung neuartiger Methoden im Bereich genome mining erlaubt es das Potential bislang ungenutzter Biosynthesewege zu erkennen und für die Produktion neuer Wirkstoffe zu nutzen. Diese sollen anschließend zu Antibiotika weiterentwickelt werden, welche es erlauben multiresistente Keime zu bekämpfen. Diese Gruppe hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS).

Leitung

Unsere Forschung

Die zunehmende Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen stellt laut der Weltgesundheitsorganisation WHO eine der größten Bedrohungen für die globale Gesundheit, Lebensmittelsicherheit, sowie die wirtschaftliche Entwicklung dar. Während die Entwicklung von Resistenzen hauptsächlich durch den unsachgemäßen Gebrauch von Antibiotika verursacht wird, wird die Lage durch die sehr geringe Anzahl an neu entwickelten Antibiotika weiter verschärft. Daher ist die Nachfrage nach neuen, resistenzbrechenden Wirkstoffen höher denn je.

Naturstoffe sind eine wertvolle Quelle für die Entwicklung niedermolekularer Wirkstoffe, welche unter anderem bei Infektions- oder Krebserkrankungen eingesetzt werden können. Bereits heute handelt es sich bei einem großen Prozentsatz der auf den Markt gebrachten Wirkstoffe um Naturstoffe oder deren Derivate. Obwohl Mikroorganismen in der Vergangenheit bereits häufig als Naturstoffproduzenten in der Wirkstoffentwicklung verwendet wurden, zeigen moderne Genomanalysen, dass ihr Potential zur Produktion neuartiger Substanzen noch lange nicht erschöpft ist.

Eine der größten Herausforderungen bei der naturstoffbasierten Wirkstoffentwicklung ist die hohe Wiederentdeckungsrate. Die Entwicklung von Methoden zur gezielten Identifizierung neuer, bioaktiver Substanzen trägt daher einen großen Beitrag zur Bekämpfung antimikrobieller Resistenzen dar. Mit der zunehmenden Verfügbarkeit vollständiger Genomsequenzen von Naturstoffproduzenten zu Beginn des neuen Jahrtausends wurde klar, dass deren Potential zur Produktion strukturell unterschiedlicher Sekundärstoffe weitaus höher ist als bislang vermutet. Unter gewöhnlichen Laborbedingungen wird von Bakterien oftmals nur eine geringe Zahl an Naturstoffen hergestellt. Ein spannender Ansatz ist daher die Entwicklung von Strategien zur Aktivierung inaktiver Biosynthesewege mit unbekannter Funktion. Die Tatsache, dass dieser Ansatz in der Vergangenheit nur in wenigen Fällen zum Erfolg geführt hat zeigt, dass neue und effektivere Methoden dringend benötigt werden.

Unsere Arbeitsgruppe entwickelt Ideen und Methoden zur Entdeckung neuer Wirkstoffe aus Mikroorganismen. Unser Ziel ist es Naturstoffe zu entdecken, welche einen Beitrag zur Bekämpfung antimikrobieller Resistenzen leisten können. Wir verwenden Ansätze aus dem Bereich des genome mining um mikrobielle Wirkstoffe mit neuartigen und damit möglicherweise resistenzbrechenden Wirkmechanismen zu identifizieren. Weiterhin kommen Methoden wie direct cloning, genome editing oder biosensor technology zum Einsatz um das umfassende biosynthetische Potential bakterieller Genome zugänglich zu machen.

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