Neue Bakterienstämme als Quelle für Antibiotika
Bakterien der Gattung Streptomyces produzieren eine enorme Vielfalt natürlicher Substanzen, darunter auch Antibiotika. Phylogenetisch eng verwandte Bakterienstämme bilden häufig ähnliche Sekundärmetabolite. Für die Suche nach neuen Naturstoffen ist es daher sinnvoll, auch Stämme zu untersuchen, die sich in ihrer genetischen Verwandtschaft von bereits bekannten Produzenten unterscheiden. Die Bioressourcensammlung der DSMZ bietet hierfür eine herausragende Grundlage: Sie bewahrt charakterisierte Mikroorganismen, deren Potenzial zur Bildung von Naturstoffen wie Antibiotika noch nicht umfassend untersucht wurde.
Zwei neue Lavasamycine entdeckt
Aus dem neu charakterisierten Stamm Streptomyces barkulensis subsp. lavasanensis isolierten die Forschenden der DSMZ zwei bislang unbekannte Naturstoffe: Lavasamycin A und B. Beide gehören zu den Anthrachinon-Derivaten und tragen einen ungewöhnlichen Zuckerbaustein. Lavasamycin B weist zusätzlich eine seltene chemische Struktur auf, eine sogenannte Butenolid-Einheit. In Labortests hemmte Lavasamycin A das Wachstum des gram-positiven Bakteriums Bacillus subtilis, während für Lavasamycin B wurde keine solche Wirkung festgestellt wurde. Die strukturellen Besonderheiten und die unterschiedlichen biologischen Aktivitäten machen die beiden Lavasamycine zu interessanten Vertretern mikrobieller Naturstoffe und liefern Ansatzpunkte für weiterführende Untersuchungen ihrer Biosynthese und Eigenschaften.
Charakterisierung des Biosynthese-Genclusters
Neben der chemischen Analyse untersuchte das Team die genetischen Grundlagen der Lavasamycin-Produktion. Die Forschenden bestätigten experimentell das für die Biosynthese verantwortliche Gencluster (Typ-II-Polyketidsynthase-Cluster) und wiesen nach, dass ein Repressor die Produktion der Substanzen hemmt. Wird dieser Regulator inaktiviert, steigt die Produktion der Lavasamycine deutlich an. Die Ergebnisse liefern Einblicke in die regulatorischen Mechanismen der Lavasamycin-Biosynthese und zeigen, wie sich die Produktionsleistung durch gezielte genetische Eingriffe beeinflussen lässt.
Kooperation für die Wirkstoffforschung
„Die Kombination aus taxonomischer Charakterisierung, Naturstoffchemie und gezielten genetischen Untersuchungen ermöglicht es uns, neue Naturstoffe wie Antibiotika zu entdecken und ihre Biosynthese besser zu verstehen. Unsere Studie unterstreicht zugleich das Potenzial bislang wenig untersuchter Streptomyces-Stämme für die Naturstoffforschung“, fasst Prof. Yvonne Mast, interimsweise Wissenschaftliche Direktorin des Leibniz-Instituts DSMZ und Leiterin der Abteilung Bioressourcen für Bioökonomie und Gesundheitsforschung zusammen.
Hintergrund: Wirkstoff-Fabriken der Natur – Die Gattung Streptomyces
- Mikrobielle Schwergewichte: Bakterien der Gattung Streptomyces gehören zu den Actinomyceten und leben vorwiegend im Boden. Sie zeichnen sich durch ein komplexes, pilzähnliches Wachstum mit fadenförmigen Myzelien aus.
- Wirkstoff-Lieferanten: Mehr als die Hälfte aller heute in der Medizin eingesetzten Antibiotika natürlichen Ursprungs (wie Streptomycin, Tetracyclin oder Erythromycin) sowie zahlreiche Krebsmedikamente und Immunsuppressiva (z.B. Rapamycin) werden von Streptomyceten gebildet.
- Verborgene Schätze (genetisches Biosynthesepotenzial): Das Erbgut von Streptomyceten enthält zahlreiche Biosynthese-Gencluster, die für die Produktion von Naturstoffen verantwortlich sind. Mit genomgestützter Suche nach Naturstoffen (Genome Mining) lassen sich solche Gencluster identifizieren und Hinweise darauf gewinnen, welche Naturstoffe die Mikroorganismen möglicherweise produzieren können. Gezielte genetische Veränderungen (Genetic Engineering) ermöglichen es zudem, Biosynthesewege und ihre Regulation experimentell zu untersuchen und die Produktion bestimmter Naturstoffe zu beeinflussen. Die Kombination dieser Ansätze eröffnet neue Möglichkeiten, die Vielfalt mikrobieller Naturstoffe zu erforschen und ihre Herstellung besser zu verstehen.
