Mikrobielle Naturstoffe

Gegen viele Krankheiten haben wir auch heute noch keine wirksamen Medikamente. Die Suche nach neuen Wirkstoffen ist jedoch sehr aufwändig. Hilfe bei diesen Problemen kommt aus der Erde: Im Boden lebende Myxobakterien stellen eine Vielzahl natürlicher Wirkstoffe her. Erfahren Sie hier, wie die pharmazeutische Forschung nach Naturstoffen mit biologischer Aktivität sucht. Diese Gruppe hat ihren Sitz am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS).

Unsere Forschung

Laborsituation in der Abteilung Mikrobielle Naturstoffe

Zahlreiche Krankheitserreger sind in der Lage, Resistenzen gegen Medikamente wie Antibiotika auszubilden und sich so vor ihrer Bekämpfung zu schützen. Dadurch kann es zu einer unkontrollierten Ausbreitung krankmachender Stämme kommen. Außerdem können viele Krankheiten nicht ausreichend behandelt werden, da wirksame Arzneimittel fehlen.

Aus diesen Gründen besteht eine wichtige Aufgabe der pharmazeutischen Forschung darin, neue Wirkstoffe zu identifizieren und weiterzuentwickeln. Interessante Kandidaten dafür sind Naturstoffe, sogenannte Sekundärmetabolite, die von Mikroben, Pflanzen und Pilzen hergestellt werden. Diese Stoffe können verschiedenste Wirkungen haben und werden zum Beispiel als Antibiotika, Krebsmittel, Cholesterin-Senker, Immunsuppressiva, Parasitenbekämpfungsmittel oder Diabetesmedikamente eingesetzt.

Myxobakterien als Naturstoffproduzent

Zu den wichtigsten Produzenten von Naturstoffen gehören die im Erdboden lebenden Myxobakterien: Sie bilden eine Vielzahl von Naturstoffen, unter anderem um mikrobielle Konkurrenten oder Feinde auszuschalten. Die Abteilung „Mikrobielle Naturstoffe“ untersucht die chemischen Eigenschaften, die Produktion, die Regulation sowie die Aktivität abgegebener Metabolite von Myxobakterien. Neuerdings gehören auch andere Produzenten wie die Actinomyceten, ebenfalls im Boden lebende Bakterien, zu den Untersuchungsobjekten.

Erforschung der Naturstoffsynthese

Außerdem erforschen die Wissenschaftler die Naturstoffsynthese, indem sie die Sequenz des Erbmaterials, des Genoms, dieser Mikroorganismen aufklären. Kürzlich haben sie das bislang größte entdeckte Bakteriengenom vom Myxobakterium Sorangium cellulosum entschlüsselt. Dieses Bakterium besitzt eine außerordentlich große Kapazität zur Herstellung von Naturstoffen. Anhand dieser Daten können die Forscher die Produktion der Metabolite in den Mikroben optimieren und auch deren Synthese in dazu besser geeigneten Fremdorganismen veranlassen.

Ausschwärmendes Myxobakterium Byssovorax cruenta an einem Zellulosestück auf einer Agarplatte

Darüber hinaus ist es möglich, Wirkstoffe durch gezielte genetische Veränderungen in gewünschter Weise strukturell zu gestalten. Die entschlüsselten Genome der Mikroben werden nach Informationen von bislang unbekannten Naturstoffen durchsucht. Diese Erkenntnisse helfen allerdings auch dabei, die Mikrobiologie dieser Organismen besser zu verstehen.

Auf Entdeckungsreisen

Desweiteren betreiben die Wissenschaftler ein weltweites Programm zur Entdeckung neuer Myxobakterienstämme, in dessen Rahmen bereits neue Bakterienarten, -gattungen und -familien sowie zahlreiche Kandidaten für neue Naturstoffe gefunden werden konnten.

Sobald es gelingt, ein Myxobakterium unter Laborbedingungen zu kultivieren, wenden die Forscher aktuelle massenspektrometrische Methoden an, um anhand bekannter Sekundärmetabolite das sogenannte metabolische Profil des Bakterienstammes zu erstellen. Nachdem sie die Bildung eines Wirkstoffkandidaten optimiert haben, übertragen sie die Kultivierung des entsprechenden Stammes auf einen größeren Maßstab. Die Zielverbindungen werden dann durch chromatographische Methoden aufgereinigt und mittels verschiedener analytischer Methoden, wie zum Beispiel der mehrdimensionalen NMR-Spektroskopie, strukturell charakterisiert.

Gleichzeitig werden eine Reihe biologischer Aktivitätstest durchgeführt, um neue Sekundärmetabolite mit interessanter Wirkung zu entdecken. In diesen biologischen Tests kommen verschiedene Mikroorganismen als Indikatoren für antibiotische Aktivität zum Einsatz, aber es werden auch zellbasierte Testsysteme entwickelt, um eine mögliche zytostatische Wirkung zu erfassen.

Die Mitarbeiter dieser interdisziplinären Forschungsgruppe vereinen ein breites Spektrum unterschiedlicher Techniken aus der Mikro-, Zell- und Molekularbiologie, der Genetik, der Proteinbiochemie sowie der analytischen Chemie und der Bioverfahrenstechnik.

Leitung

  • Prof. Dr. Rolf Müller

    Rolf Müller

    Geschäftsführender Direktor des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS), Leiter der Abteilung Mikrobielle Naturstoffe

    0681 98806-3000

    0681 98806-3009

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Bachelor- & Masterarbeiten
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  • KrankheitsErregend - Antibiotika
    Zufall und Unordnung im Labor führten dazu, dass der schottische Wissenschaftler Sir Alexander Fleming 1928 eine Wunderwaffe gegen bakterielle Infektionskrankheiten entdeckte. Das von einem Schimmelpilz hergestellte Penicillin hindert Bakterien am Wachsen und wurde erfolgreich als erstes Antibiotikum eingesetzt. Danach fanden Forscher weitere, von Mikroorganismen produzierte Stoffe, die für Bakterien giftig sind. Sie zählen zu den effektivsten Mitteln gegen bakterielle Infektionen. Durch häufigen Antibiotika-Einsatz sind heutzutage viele Mikroorganismen resistent gegen die Medikamente. Im Rahmen der zweiten Veranstaltung der Vortragsreihe „KrankheitsErregend – Meilensteine der Medizin“ ging es sowohl um die Geschichte des Wundermittels als auch um die heutige Forschung und die Probleme in der klinischen Praxis.
  • Paper of the month Juni 2015
    Die Auszeichnung „Paper of the Month“ erhielt im Juni 2015 Angela Kling aus der Forschungsgruppe „Mikrobielle Naturstoffe" am HIPS in Saarbrücken. Der zweite Erstautor Peer Lukat nahm die Auszeichnung entgegen. Die Publikation "Targeting DnaN for tuberculosis therapy using novel griselimycins" wurde in "Science" veröffentlicht. Der Preis wurde von Till Strowig, Leiter der Nachwuchsgruppe Mikrobielle Immunregulation, überreicht. In dem Videopodcast erklärt Peer Lukat, woran er forscht.