Naturstoffe wenig erforschter Biosynthesewege und extremer Habitate
Unsere Forschung
Naturstoffe weisen vielseitige Bioaktivitäten auf und liefern wertvolle Leitstrukturen für die Arzneimittelforschung. Die Zahl der charakterisierten Naturstoffe hat in den letzten Jahrzehnten zugenommen, allerdings handelt es sich nur bei wenigen der gefundenen Substanzen um bislang unbekannte chemische Strukturen. Um resistenzbrechende Antibiotika und andere Wirkstoffe entwickeln zu können, werden strukturell neuartige Substanzen jedoch dringend benötigt. Jüngste Fortschritte auf dem Gebiet der Naturstoffforschung zeigen, dass es verschiedene vielversprechende Ansätze gibt, bioaktive Naturstoffe mit neuen chemischen Strukturen zu entdecken. Unter anderem verbirgt sich in der Vielzahl der öffentlich zugänglichen (Meta-)Genome ein enormes biosynthetisches Potenzial, das noch darauf wartet, entschlüsselt zu werden. Darüber hinaus steigt die Menge talentierter mikrobieller Naturstoffproduzenten, die zwar isoliert, aber noch nicht vollständig erforscht sind. Die Isolierung von Naturstoffen aus Lebensräumen und von Organismen, denen man in der Vergangenheit jegliches Potenzial zur Biosynthese von Naturstoffen absprach (z.B. aus heißen Schwefelquellen), stützt zudem die Hypothese, dass die heute bekannte chemische Diversität der Naturstoffe nur die Spitze des Eisbergs darstellt.
Das Hubrich-Lab möchte dazu beitragen, die derzeit bekannte chemische Diversität der Naturstoffe zu erweitern und die daran beteiligten Biosyntheseenzyme zu charakterisieren. Die so erhaltenen Verbindungen und Enzyme werden anschließend zur Entwicklung und Verbesserung von Antiinfektiva durch Bioengineering eingesetzt. Um dieses Ziel zu erreichen, werden bisher wenig erforschte Stoffwechselwege von vielversprechenden, aber bislang vernachlässigten Naturstoffproduzenten, die zum Teil extreme Lebensräume besiedeln, untersucht. Der Forschungsansatz wendet interdisziplinäre Methoden der modernen Naturstoffforschung und chemischen Biologie an, darunter Bioinformatik, molekulare und synthetische Biologie, Mikrobiologie, Enzymologie und (bio)synthetische Chemie.
Unsere Forschung
Naturstoffe weisen vielseitige Bioaktivitäten auf und liefern wertvolle Leitstrukturen für die Arzneimittelforschung. Die Zahl der charakterisierten Naturstoffe hat in den letzten Jahrzehnten zugenommen, allerdings handelt es sich nur bei wenigen der gefundenen Substanzen um bislang unbekannte chemische Strukturen. Um resistenzbrechende Antibiotika und andere Wirkstoffe entwickeln zu können, werden strukturell neuartige Substanzen jedoch dringend benötigt. Jüngste Fortschritte auf dem Gebiet der Naturstoffforschung zeigen, dass es verschiedene vielversprechende Ansätze gibt, bioaktive Naturstoffe mit neuen chemischen Strukturen zu entdecken. Unter anderem verbirgt sich in der Vielzahl der öffentlich zugänglichen (Meta-)Genome ein enormes biosynthetisches Potenzial, das noch darauf wartet, entschlüsselt zu werden. Darüber hinaus steigt die Menge talentierter mikrobieller Naturstoffproduzenten, die zwar isoliert, aber noch nicht vollständig erforscht sind. Die Isolierung von Naturstoffen aus Lebensräumen und von Organismen, denen man in der Vergangenheit jegliches Potenzial zur Biosynthese von Naturstoffen absprach (z.B. aus heißen Schwefelquellen), stützt zudem die Hypothese, dass die heute bekannte chemische Diversität der Naturstoffe nur die Spitze des Eisbergs darstellt.
Das Hubrich-Lab möchte dazu beitragen, die derzeit bekannte chemische Diversität der Naturstoffe zu erweitern und die daran beteiligten Biosyntheseenzyme zu charakterisieren. Die so erhaltenen Verbindungen und Enzyme werden anschließend zur Entwicklung und Verbesserung von Antiinfektiva durch Bioengineering eingesetzt. Um dieses Ziel zu erreichen, werden bisher wenig erforschte Stoffwechselwege von vielversprechenden, aber bislang vernachlässigten Naturstoffproduzenten, die zum Teil extreme Lebensräume besiedeln, untersucht. Der Forschungsansatz wendet interdisziplinäre Methoden der modernen Naturstoffforschung und chemischen Biologie an, darunter Bioinformatik, molekulare und synthetische Biologie, Mikrobiologie, Enzymologie und (bio)synthetische Chemie.
Florian Hubrich
„Neue chemische Wirkstoffe werden dringend benötigt, um die Antibiotikaresistenz zu bekämpfen. Wir konzentrieren uns auf wenig erforschte Stoffwechselwege und extreme Lebensräume, um echte strukturelle Neuerungen zu entdecken und sie für das Bioengineering wirksamer Antiinfektiva zu nutzen.“
Florian Hubrich hat Chemie und Biologie an der Universität Freiburg studiert. Nach seinem Staatsexamen begann er eine Promotion in chemischer Biologie unter der Leitung von Jennifer Andexer und Michael Müller am Institut für Pharmazeutische Wissenschaften in Freiburg und schloss diese Ende 2014 ab. Danach zog Florian Hubrich in die Schweiz und arbeitete bei der Bachem AG, einem weltweit führenden Unternehmen für die Herstellung von Peptid-Wirkstoffen, als Projektchemiker für analytische Methodenentwicklung und Gruppenleiter für In-Prozess-Kontrolle. Im Jahr 2019 kehrte er in die akademische Welt zurück und trat dem Labor von Jörn Piel als Postdoktorand an der ETH Zürich bei. Dort konzentrierte sich seine Forschung auf die Biosynthese von ribosomal synthetisierten und posttranslational modifizierten Peptiden (RiPPs). Nach fünf Jahren startete Hubrich 2024 seine Nachwuchsgruppe am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) und an der Universität des Saarlandes.
Florian Hubrichs Forschungsinteresse gilt der Erweiterung der Naturstoffvielfalt an der Schnittstelle von Primär- und Sekundärstoffwechsel. Seine Gruppe wird sich dabei auf das Bioengineering antimikrobieller Lipopeptide konzentrieren, um den Einfluss verschiedener Lipideinheiten auf deren Bioaktivität und therapeutische Eigenschaften zu verstehen.
Ausgewählte Publikationen
L. Paoli, H.-J. Ruscheweyh*, C. C. Forneris*, F. Hubrich*, S. Kautsar, Q. Clayssen, A. Bhushan, G. Salazar, A. Milanese, D. Gehrig, A. Lotti, M. Larralde, L. M. Carroll, P. Sánchez, A. A. Zayed, D. R. Cronin, S. G. Acinas, P. Bork, C. Bowler, T. O. Delmont, M. B. Sullivan, P. Wincker, G. Zeller, S. L. Robinson, J. Piel and S. Sunagawa, Biosynthetic potential of the global ocean microbiome. Nature, 2022, 607, 111–118. doi: 10.1038/s41586-022-04862-3
*equal contribution
F. Hubrich*, N. M. Bösch*, C. Chepkirui, B. I. Morinaka, M. Rust, M. Gugger, S. L. Robinson, A. L. Vagstad and J. Piel, Ribosomally derived lipopeptides containing distinct fatty acyl moieties. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2022, 119, e2113120119. doi: 10.1073/pnas.2113120119
*equal contribution
F. Hubrich§, M. Müller and J. N. Andexer§, Chorismate and isochorismate converting enzymes: versatile catalysts acting on an important metabolic node. Chem. Commun. (Camb.), 2021, 57, 2441–2463. doi: 10.1039/D0CC08078K
§corresponding authors
F. Hubrich, P. Juneja, K. Diederichs, M. Müller, W. Welte and J. N. Andexer, Chorismatase mechanisms reveal fundamentally different types of reaction in a single conserved protein fold. J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 11032–11037. doi: 10.1021/jacs.5b05559
Highlighted in J. Am. Chem. Soc.
F. Hubrich, M. Müller and J. N. Andexer, In vitro production and purification of isochorismate using a two-enzyme cascade. J. Biotechnol., 2014, 191, 93–98. doi: 10.1016/j.jbiotec.2014.06.003
