Mikrobielle Stammsammlung

Der Stoffwechsel von Bakterien bietet großes Potential für neue Leitstrukturen im Bereich der Antibiotikaforschung. Besonders erfolgversprechend bei der Suche nach neuen Antibiotika ist der biodiversitätsgeleitete Ausbau der am HZI bereits existierenden Stammsammlungen. Besonders die Myxobakterien, aber auch die schon viele Jahre als Antibiotikaproduzenten genutzten Actinomyceten, sind eine erfolgversprechende Quelle für mikrobielle Wirkstoffe.

Leitung

Unsere Forschung

Die Suche nach neuen antibiotisch wirksamen Naturstoffen wurde in den letzten Jahrzenten in den meisten pharmazeutischen Unternehmen unter der Annahme eingestellt, dass das Potential der Mikroorganismen zur Antibiotikabildung ausgeschöpft sei. Gleichzeitig wurden aber Methoden entwickelt, um immer mehr der „übersehenen“ oder schwer zugänglichen Mikroorganismen im Labor zu kultivieren und sie damit einer Analyse ihres Sekundärmetabolismus zugänglich zu machen. Zusätzlich wurden neue Screening Ansätze und chemische Nachweismethoden für die gebildeten Metaboliten entwickelt.

Zugang zu neuen Spezies durch ungewöhnliche Methoden

Zusammen mit der Entwicklung neuer Kultivierungstechniken haben neue, ungewöhnliche Methoden zur Isolierung den Zugang zu neuen Spezies aus biologischen Proben möglich gemacht. Neben molekularbiologischen Ansätzen ist so die Isolierung neuer mikrobieller Genera und Spezies der erfolgreichste Weg neue antibiotisch wirksame Grundstrukturen aufzufinden, die häufig auch neue Wirkmechanismen aufweisen. Die Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Mikrobielle Stammsammlung haben sich besonders auf diese unterschiedlichen Schritte in der Auffindung neuer Wirkstoffe spezialisiert.

Schwerpunkt der Sammlung: Myxobakterien und andere Mikroorganismen

Die mikrobielle Stammsammlung am HZI ist auf Myxobakterien und andere Mikroorganismen fokussiert. Vor allem seltene und ungewöhnliche Actinomyceten. Die Sammlung von Myxobakterien umfasst zurzeit etwa 9.500, die der Actinomyceten 3.000 Stämme. Viele der Neuisolate der letzten Jahre stammen aus ungewöhnlichen Habitaten und wurden im Zusammenhang mit Kooperationen mit Arbeitsgruppen aus den unterschiedlichsten Ländern gewonnen. Bei diesen Isolaten handelt es sich häufig auch um neue Species wie z.B. Racemicystis persica, ein Myxobacterium isoliert aus einer Bodenprobe einer Wüstenregion des Iran. Dabei war es nötig für die Taxonomie der Myxobacterien einen polyphasischen Ansatz zu etablieren, der zusätzliche physiologische, chemotaxonomische und molekularbiologische Parameter enthält.

Breites Screening

Die Neuisolate werden in unterschiedlichen Medien kultiviert und anschließend extrahiert. Die gewonnenen Extrakte schleusen unsere Wissenschaftler in ein breites biologisches und chemisches Screening ein. Neben den Neuisolaten werden aber auch die sich bereits in der Sammlung befindenden Isolate weiter näher analysiert. So hat sich gezeigt, dass sich hinter Stämmen die als Sorangium cellulosum beschrieben wurden, eine größere Zahl von Arten mit ganz unterschiedlichem Metabolitspektrum verbergt.

Auch bereits bekannte und gut untersuchte Spezies haben durchaus ein zusätzliches Biosynthesepotential, das bisher nicht ausgeschöpft wurde. Unsere Wissenschaftler variieren das Nährstoffangebot, experimentieren mit chemischen Induktoren und beeinflussen die Produktion der Sekundärmetaboliten mit chemischen und mikrobiellen Reizen. Für das Extrakt-Screening haben sie ein Standardprozess etabliert und suchen, identifizieren und quantifizieren die Sekundärmetaboliten in den Extrakten durch die Kopplung eines maXisTM UHR-TOF Massenspektrometers mit einer schnellen UHPLC-Chromatographieanlage. Die Kombination verschiedener Analyseverfahren ermöglicht das Charakterisieren unbekannter Substanzen.

Alle erhaltenen Informationen aus Biologie und Analytik werden gesammelt und in einer HZI-eigenen Datenbank verwaltet – mit besonderem Augenmerk auf den mikrobiellen Teil dieser Datenbank und neue biologisch aktive Verbindungen. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) bauen wir zudem das Actinomyceten Compendium aus.

News

DruckenPer Mail versendenTeilen