Mikrobielle Wirkstoffe

Die meisten medizinisch relevanten Antibiotika oder ihre Produktionsvorstufen werden von Mikroorganismen wie Bakterien und filamentösen Pilzen gebildet. Trotz intensiver weltweiter Suche nach alternativen Quellen für Antiinfektiva konnte kein anderes Konzept die erfolgreiche Strategie übertreffen, mikrobielle Wirkstoff-Prinzipien gegen Infektionskrankheiten einzusetzen. Die bedrohlich zunehmende Resistenzbildung der Krankheitserreger gegen bewährte Antibiotika und immer neue Infektionserkrankungen erfordern, wieder stärker nach besseren Wirkstoffen aus Mikroorganismen und Pilzen zu suchen.

Mykologie

Seit 2012 wird die weltweit einzigartige Stammsammlung von myxobakteriellen Naturstoff-Produzenten und ihren Sekundärstoffen des HZI (siehe Arbeitsgruppe Mikrobielle Stammsammlung (MISG)) konsequent durch andere biologische Quellen erweitert. Neben der Erforschung von neuen phylogenetischen Gruppen von Prokaryonten wie den so genannten „seltenen Aktinomyceten“ stehen die Pilze hier im Vordergrund.

Aus Kulturen filamentöser Pilze wurden in der Vergangenheit nicht nur die Penicilline und Cephalosporine, deren Entdeckung die Ära der modernen antibakteriellen Chemotherapie einleitete, sondern auch andere wichtige Wirkstoffe für den Einsatz in anderen pharmazeutischen Indikationen gewonnen. Ohne die Entdeckung des Cyclosporins wären moderne, auf Organtransplantationen beruhende, Therapien sicherlich nicht in dem heute praktizierten Umfang möglich.

Die ebenfalls ursprünglich aus Pilzen gewonnenen Statine (Mevinolin, Lovastatin), aus denen hochpotente Cholesterinsenker gewonnen werden, sind bis heute die erfolgreichste Klasse von Arzneimitteln überhaupt. In den letzten Jahren wurden weitere Wirkstoffe aus Pilzen wie die Pneumocandin-Derivate (Antimykotika) in den Markt eingeführt. Das Emodepsid ist eines der potentesten Antiparasitika, das heute in der Tierheilkunde Verwendung findet. Es ist übrigens die einzige Substanz aus endophytischen Mikroorganismen, aus der bis heute ein Marktprodukt resultierte.

Alle vorgenannten Substanzen stammen aus Schlauchpilzen (Ascomycota) und ihren asexuellen Stadien, aber auch aus Kulturen von Ständerpilzen (Basidiomyceten) wurden schon sehr viele biologisch aktive Naturstoffe gefunden. Die Strobilurine sind heute die erfolgreichste Klasse der Fungizide im Pflanzenschutz, und mit den Derivaten des Pleuromutilins wurden kürzlich die ersten antibakteriellen Terpenoid-Antibiotika, zunächst zur Behandlung von Infektionen in der Tierzucht und zur Behandlung von Hautinfektionen, zugelassen.

Die von Hawksworth (1991) geschätzte Zahl von 1.5 Millionen Pilzarten ist nach neueren Erkenntnissen der mykologischen Molekularphylogenie keineswegs übertrieben. Allerdings sind nicht alle Pilze automatisch talentierte Sekundärstoffproduzenten, so findet man bei den Verwandten der Bäckerhefe (Saccharomycetidae) und bei den Zygomycota außer Siderophoren so gut wie keine antibiotisch aktiven Wirkstoffe. Andererseits sind bestimmte Gruppen der Ascomycota und Basidiomycota außerordentlich kreativ in Bezug auf die Sekundärstoffbildung.

Aus einem Stamm von Lachnum papyraceum wurden z. B. nach leichter Modifikation der Kulturbedingungen über 50 verschiedene Stoffe isoliert, und Hypoxylon fragiforme bildet im Laufe seines Lebenszklus in seinen verschiedenen Wachstumsstadien über 150 per HPLC-MS detektierbare Metabolite, von denen die meisten mit hoher Wahrscheinlichkeit biologisch aktive Sekundärstoffe darstellen. Nur 10 Prozent der Stoffe sind in ihrer chemischen Struktur bekannt.

Wie bei den Myxobakterien werden auch zum Aufbau der mykologischen Stammsammlung des HZI die neuesten Erkenntnisse der Biodiversitätsforschung herangezogen. Neben hauseigenen Isolierungsarbeiten für neue Pilzstämme laufen auch viele Kooperationen in aller Welt mit namhaften Wissenschaftlern und Forschungsinstituten.

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