Microbial Drugs

The majority of the medically important antibiotic drugs (including e.g., penicillins, cephalosporins, erythromycin, vancomycin, and daptomycin) are derived from secondary metabolites, which are produced by bacteria and filamentous fungi. Despite intensive world-wide efforts using alternative approaches based on synthetic chemistry, no other concept could so far surpass the historically successful strategy to exploit biologically active natural products as candidates for anti-infective drugs. The recently observed, increasing resistance of the human pathogens against antibiotics has prompted us to intensify our search for novel lead structures from microorganisms and fungi, which can be used as anti-infective drugs.

Unsere Forschung

Mikrobiologen, Mykologen, Biotechnologen, Pharmazeuten und Naturstoffchemiker am HZI suchen in bislang wenig oder überhaupt nicht untersuchten Wirkstoffproduzenten nach wirksameren Antibiotika. Sie entwickeln neue Methoden, um diese vielfältigen Arten für das Screening zu isolieren und zu kultivieren. Zudem erarbeiten sie genomische Informationen der Produzentenorganismen und verwenden sie, um das genetische Potenzial dieser Organismen zur Bildung neuer und veränderter Wirksubstanzen auszunutzen und deren Produktion zu verbessern. Dabei arbeiten unsere Wissenschaftler eng verzahnt miteinander – etwa mit der Arbeitsgruppe „Mikrobielle Naturstoffe“. Gruppenübergreifend werden neue myxobakterielle Naturstoffproduzenten isoliert sowie analytische Methoden für die Suche und Strukturaufklärung von Sekundärstoffen verbessert.

Myxobakterien sind eine sehr ergiebige Quelle für Wirkstoffe mit einzigartigen Strukturen und auch neuartigen Wirkprinzipien. So ist beispielsweise Sorangicin ein ebenso wirksames Antibiotikum wie das klinisch angewandte Rifampicin. Soraphen setzte mit seiner antifungischen Pflanzenschutzwirkung neue Maßstäbe und offenbarte ein neues Ziel für antifungische Wirkstoffe, die Acetyl-CoA-carboxylase. Ixabepilone. Ein am HZI in Zusammenarbeit mit Bristol-Myers Squibb entwickeltes semisynthetisches Derivat des Epothilons, wurde 2007 zur Chemotherapie resistenter Tumore zugelassen; weitere Derivate dieses Naturstoffes sind bei anderen Firmen in der Entwicklung.

Die aus den Kulturen gewonnen Extrakte werden durch analytische HPLC mit UV- und MS-Detektion auf neue, aber auch auf bekannte mikrobielle Produkte hin untersucht. Die neuen Substanzen werden mittels präparativer Chromatographie isoliert und über NMR-Spektroskopie und Massenspektrometrie in ihrer Struktur aufgeklärt. Im biologischen Screening wird ein breites Testspektrum zur Evaluierung der biologischen Wirkung, Selektivität und des Wirkmechanismus benutzt. Unsere Wissenschaftler testen die gefunden Substanzen an pathogenen und multiresistenten Bakterien, filamentösen Pilze, Hefen, Zellkulturen und an Enzymen.

Darüber hinaus werden die Substanzen zentrumsinternen und -externen akademischen, sowie industriellen Kooperationspartnern für spezielle Tests zur Verfügung gestellt. Sie können in größeren Mengen biotechnologisch produziert werden, um chemische Derivatisierungsprogramme und pharmakologische Studien in Zusammenarbeit mit anderen Bereichen innerhalb des HZI zu ermöglichen. Für den Weg in die praktische Anwendung kooperieren unsere Wissenschaftler mit Industriepartnern, um die notwendigen Substanzmengen für die ersten Entwicklungsschritte durch Großfermentation und –aufarbeitung bereit stellen zu können.

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