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01.04.2019

Bakterien stellen Antibiotika-Mix her

Frankfurter Biotechnologen haben entdeckt, wie Bakterien ihr Arsenal an antibiotischen Wirkstoffen aufbauen.

Agarplatte mit Phenazin Produzenten Xenorhabdus szentirmaii. Der metallische Schimmer stammt vom Phenazin-Derivat Iodinin.
Quelle: 
Helge Bode

Die Bekämpfung bakterieller Infektionskrankheiten ist weltweit ein drängendes Problem. Durch die Zunahme von antibiotikaresistenten Erregern haben viele gängige Präparate ihre Wirkung verloren. So zählen nach Einschätzung der Weltgesundheitsorganisation WHO Antibiotika-Resistenzen zu den „größten Gefahren für die menschliche Gesundheit“. Auf der Suche nach Alternativen zu gängigen Wirkstoffen ist das Abwehrarsenal von Bakterien eine wertvolle Quelle. Um sich gegen konkurrierende Mikroorganismen zur Wehr zu setzen, wenden Bakterien vielfältige Strategien an. Einen neuen Mechanismus zur Bildung von antibiotischen Wirkstoffen haben Biotechnologen der Goethe-Universität Frankfurt am Main im Bakterium Xenorhabdus szentirmaii ausfindig gemacht. Sie stellen ihre Entdeckung im Fachmagazin „Nature Chemical Biology“ vor.

Wirkstoffcocktail gegen Konkurrenten

Die Biotechnologen haben dazu die Wirkstoffklasse der Phenazine näher untersucht. Phenazine sind weit verbreitete, chemisch sehr vielfältige bakterielle Naturstoffe mit verschiedenen biologischen Funktionen. Einige dieser Verbindungen wirken antibiotisch oder zellschädigend. Vermutlich nutzen Bakterien einen Wirkstoffcocktail aus Phenazinen, um sich gegen konkurrierende Bakterien und Pilze, die als Nahrungskonkurrenten in ihrem spezifischen Ökosystem auftreten, zu behaupten.

Die verschiedenen Phenazinderivate des bakteriellen Wirkstoffcocktails leiten sich biochemisch aus einfachen Grundstrukturen ab. Durch Enzyme können die Grundstrukturen an einigen Stellen stark verändert werden. So sind eine Vielzahl möglicher Phenazinderivate denkbar, die zum Teil auch in verschiedenen Bakterien gefunden wurden. Diese nutzen im Grunde ähnliche Prinzipien wie die industrielle Wirkstoffforschung, wenn sie neue Derivate auf der Basis gleichbleibender Grundstrukturen erzeugt.

Breite biologische Aktivität durch Vielfalt

Die Frankfurter Biotechnologen um Helge Bode haben nun die Mechanismen aufgeklärt, mit denen die Bakterien die chemische Grundstruktur von Phenazin verändern. Das Besondere: Es können Derivate mit Aktivität sowohl gegen Gram-positive und Gram-negative Bakterien, als auch gegen Zellen höherer Organismen geschaffen werden. Mit der Strategie, einen Mix aus Derivaten herzustellen, rüsten sich die Bakterien gut gegen unbekannte Konkurrenten. Denn der Wirkstoffcocktail weist eine sehr breite biologische Aktivität auf.

Regulationsmechanismen für die Biotechnologie nutzen

Die Mikroben gehen also ähnlich wie die Pharmaforschung vor, um das eigene Antibiotika-Arsenal zu erweitern. „Spannend ist nun herauszufinden, wie die Bakterien eigentlich merken, welche Derivate gerade benötigt werden“, sagt Bode. „Entweder wird hier nur gerade das hergestellt, was auch wirklich benötigt wird, oder die Bakterien halten ein Arsenal an Derivaten vor, die möglicherweise demnächst benötigt werden." Erste Ergebnisse zu den zugrundeliegenden Regulationsmechanismen, die auch für biotechnologische Anwendungen genutzt werden könnten, sehen vielversprechend aus.

 ih

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