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Antibiotika Antibiotika – Bakterien produzieren zunächst Vorstufen

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Bakterien der Gattung Xenorhabdus befallen Insekten. Gegen Nahrungskonkurrenten wehren sie sich dabei durch die Produktion eines Antibiotikums. Ein Forscherteam der Frankfurter Goethe-Universität hat den Bakterien dabei „zugeschaut“ und festgestellt, dass sie zunächst Vorstufen dieses Antibiotikums produzieren, die anschließend in die aktive Form überführt werden.

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Das insektenpathogene Bakterium Xenorhabdus nematophila produziert fünf Vorstufen eines Antibiotikums, mit dem es sich gegen Nahrungskonkurrenten wehrt. (Bild: Arbeitskreis Helge Bode)
Das insektenpathogene Bakterium Xenorhabdus nematophila produziert fünf Vorstufen eines Antibiotikums, mit dem es sich gegen Nahrungskonkurrenten wehrt. (Bild: Arbeitskreis Helge Bode)

Frankfurt a.M. – Wie das Forscherteam um Prof. Helge B. Bode in einem aktuellen artikel berichtet, entstehen fünf Vorstufen, die verlängerte Derivate des aktiven Antibiotikums darstellen und komplett inaktiv sind. Diese auch als „Prodrug“ zu verstehenden Substanzen werden dann über einen neu entdeckten Mechanismus aus der Bakterienzelle gepumpt und gleichzeitig durch Enzyme so gespalten, dass aus allen fünf Vorstufen nur eine aktive Verbindung entsteht, das Antibiotikum Xenocoumacin-1. Dieses ist in der Lage, Nahrungskonkurrenten des Produzenten abzutöten. Um selbst nicht Schaden zu nehmen, hat Xenorhabdus einen ausgeklügelten Resistenzmechanismus entwickelt: Es wandelt Xenocoumacin-1 in ein inaktives Derivat um, das keine antibiotische Wirkung mehr aufweist.

Antibiotika werden auf ähnlichen Wegen produziert

Das Aktivieren von Proteinen durch enzymatische Spaltung ist ein weit verbreitetes und wichtiges Prinzip der Natur. Beispielsweise enthält unser Blut Vorstufen der Blutgerinnungsproteine, die bei einer Verletzung blitzartig aktiviert werden können. Auch die Bauchspeicheldrüse produziert Vorstufen der Verdauungsenzyme, die erst im Dünndarm wirksam werden. „Obwohl dieser neue Aktivierungsmechanismus sehr kompliziert erscheint, konnten wir zahlreiche weitere Bakterien identifizieren, die biologisch aktive Substanzen offenbar nach dem gleichen Mechanismus erzeugen“, erläutert Helge Bode, der an der Goethe-Universität die Merck-Stiftungsprofessur für Molekulare Biotechnologie inne hat. Die Entdeckung hat dabei auch für den Menschen praktische Bedeutung: „Ein Großteil unserer medizinisch genutzten Antibiotika oder Krebsmedikamente leitet sich von der auf diesem Weg produzierten, weit verbreiteten Gruppe von Peptiden ab“, so Bode.

Das Projekt wurde gefördert von Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Europäischen Union, dem Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst und der Goethe-Universität.

Originalpublikation: Daniela Reimer, Klaas M. Pos, Marco Thines, Peter Grün, Helge B. Bode: A natural prodrug activation mechanism in nonribosomal peptide synthesis. Nature Chemical Biology, 2001, doi: 10.1038/nchembio.688.

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