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Biotechnologische Antibiotikasynthese Medizin aus der Korallen-Apotheke nachgebaut

| Autor / Redakteur: Dr. Andreas Battenberg* / Christian Lüttmann

Korallen bilden nicht nur fantastisch anzusehende Riffe, sondern auch eine ganze Apotheke an medizinisch relevanten Wirkstoffen wie etwa Antibiotika. Um dafür nicht die Korallen zerstören zu müssen, haben Forscher der Technischen Universität München eine biotechnologische Synthese entwickelt – und einen ersten Korallenwirkstoff mithilfe von Kolibakterien produziert.

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Hornkorallen der Art Antillogorgia elisabethae
Hornkorallen der Art Antillogorgia elisabethae
(Bild: Prof. Dr. Thomas Brueck / TUM)

Garching – Korallen bieten Lebensraum für ganze Ökosysteme unter Wasser. Doch sie haben es zunehmend schwer: Die steigenden Wassertemperaturen durch den Klimawandel setzten ihnen zu und führen zur so genannten Korallenbleiche.

Und auch der Mensch bedroht den Bestand der Korallen, etwa der Hornkorallen. Ihr Verkauf ist ein lukratives Geschäft, denn sie enthalten verschiedene Wirkstoffe, darunter ein entzündungshemmendes Molekül namens Pseudopterosin, das seit Jahren in der Kosmetikindustrie verwendet wird. „Wenn wir die Riffe der Welt schützen wollen, müssen wir solche biologisch aktiven Naturstoffe auf nachhaltige Weise herstellen“, meint Prof. Dr. Thomas Brück von der Technischen Universität München (TUM). Dann könnte man sie verstärkt in der Medizin einsetzen, ohne damit den Korallenbestand zusätzlich durch Raubbau zu gefährden.

Biotechnologie könnte bis zu 50% Kosten sparen

Zusammen mit seinem Team am Werner Siemens-Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie ist es Brück jetzt erstmals gelungen, einen der Wirkstoffe der Hornkoralle im Labor herzustellen. Das erhaltene Molekül mit der Bezeichnung Erogorgiaene ist ein Antibiotikum. Erste Bioaktivitätstests zeigen, dass es geeignet ist, um multiresistente Tuberkulose-Erreger zu bekämpfen.

Bislang war an einen Einsatz des Wirkstoffs kaum zu denken: Die Hornkoralle enthält nur extrem geringe Mengen Erogorgiaene und steht zudem unter Schutz – sie als Rohstoffquelle zu nutzen wäre weder wirtschaftlich sinnvoll noch ökologisch vertretbar. Die Herstellung mit klassischen chemischen Verfahren ist zwar möglich, aber aufwändig und verbunden mit toxischen Abfällen. Ein Kilo des Wirkstoffs würde um die 21.000 € kosten. „Mit biotechnologischen Methoden jedoch lässt sich Erogorgiaene schneller, umweltfreundlicher und erheblich günstiger herstellen. Die Produktionskosten pro Kilo würden mit diesem Verfahren nur noch bei etwa 9000 € liegen“, betont Brück.

Nachhaltige Produktion mithilfe von Bakterien

Das neue Verfahren, das er zusammen mit Kollegen aus Berlin, Kanada und Australien entwickelt hat, besteht aus nur zwei Schritten: Die Hauptarbeit machen gentechnisch optimierte Kolibakterien, die sich von Glycerin ernähren – einem Reststoff aus der Biodiesel-Produktion.

Die Kolibakterien produzieren ein Molekül, das sich dann mithilfe von Enzymen in den gewünschten Wirkstoff verwandeln lässt. Dabei entsteht kein Abfall, da alle Nebenprodukte in einem geschlossenen Kreislauf wiederverwendet werden können. Das Verfahren wurde mittlerweile zum Patent angemeldet.

Entzündungshemmer nach dem Vorbild der Natur

Die neue Technologieplattform zur Produktion von Naturstoffen mithilfe biotechnologischer Verfahren erfüllt laut Brück sämtliche zwölf Kriterien der Grünen Chemie. „Außerdem erfüllt sie vier der UN-Nachhaltigkeitsziele: Gesundes Leben für alle, Bekämpfung des Klimawandels und seiner Auswirkungen, Bewahrung und nachhaltige Nutzung der Ozeane und der Meeres-Ressourcen sowie Bewahrung des Lebens an Land“, ergänzt der Wissenschaftler.

Inzwischen arbeitet das Forscherteam bereits an der biotechnologischen Herstellung eines weiteren Korallen-Wirkstoffs: Nach dem Vorbild der Natur soll das Molekül Erogorgiaene im Labor in den Wirkstoff Pseudopteropsin umgewandelt werden. Auf den setzen Mediziner große Hoffnung: Klinische Studien haben gezeigt, dass Pseudopteropsin durch einen neuen Wirkmechanismus Entzündungen hemmt. Damit ist es potenziell ein Kandidat für die Therapie von überschießenden Immunreaktionen, beispielsweise bei Infektionen durch Viren wie Covid-19, aber auch von altersbedingten chronischen Entzündungen.

Das LP-Dossier „Antibiotikaresistenz“ Sie möchten mehr zum Thema „Multiresistente Keime“ erfahren? Dann besuchen Sie unser Dossier „Antibiotikaresistenz“, in dem wir entsprechende Artikel zu wichtigen Fortschritten aus der Medizinforschung zusammengestellt haben.

Originalpublikation: Marion Ringel, Markus Reinbold, Max Hirte, Martina Haack, Claudia Huber, Wolfgang Eisenreich, Mahmoud A. Masri, Gerhard Schenk, Luke W. Guddat, Bernhard Loll, Russell Kerr, Daniel Garbe und Thomas Brück: Towards a sustainable generation of pseudopterosin-type bioactives, Green Chemistry, July 20, 2020 – DOI: 10.1039/D0GC01697G

* Dr. A. Battenberg,Technische Universität München, 85748 Garching

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