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Antibiotikum

Neues Antibiotikum gegen multiresistente Keime entdeckt

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Jenaer Forscher stimulieren anaerobes Bakterium erstmals zur Produktion eines neuen Antibiotikums. Die als Closthioamid bezeichnete neue Substanz wirkt auch gegen Problemkeime wie multiresistente Staphylokokken und könnte als Grundlage für die Entwicklung einer neuen Antibiotika-Generation dienen.

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Jena – Forschern vom Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut – in Jena ist es erstmals gelungen, anaerobe Bakterien zur Bildung von Antibiotika anzuregen. Solche Mikroorganismen, die nur in völliger Abwesenheit von Sauerstoff gedeihen können, waren bislang als Wirkstoff-Produzenten völlig unbekannt. Professor Christian Hertweck und sein Team imitierten durch Zugabe von Bodenextrakt zum Nährmedium die Verhältnisse in der Natur. Das Bodenbakterium Clostridium cellulolyticum stimulierten sie dadurch zur Bildung einer Verbindung, die unter den üblichen Laborbedingungen nicht produziert wird. Die als Closthioamid bezeichnete neue Substanz ist doppelt interessant: Es handelt sich um ein äußerst ungewöhnliches, schwefelreiches Molekül. Closthioamid ist zudem gegen Problemkeime wie multiresistente Staphylokokken wirksam und könnte als Grundlage für die Entwicklung einer neuen Antibiotika-Generation dienen.

Antibiotika-Resistenzen sin weltweites Problem

Seit der Entdeckung des Penicillins durch Alexander Fleming im Jahr 1928 wurde eine Vielzahl weiterer Antibiotika entdeckt. Mit ihrer Hilfe ließen sich gefürchtete Infektionskrankheiten schnell und einfach bekämpfen. Doch immer wieder gelingt es Erregern, meist Bakterien, die Wirkung der Antibiotika zu umgehen und dagegen resistent zu werden. Paradebeispiel ist Staphylococcus aureus, der heute als multiresistenter Keim kaum noch bekämpfbar ist und vor allem in Krankenhäusern lebensbedrohliche Infekte auslöst. Durch ihre hohe Vermehrungsrate geben die Bakterien ihre genetische Information rasend schnell weiter. So können sich auch Gene, die für Antibiotika-Resistenzen verantwortlich sind, binnen Wochen ausbreiten und sogar Artgrenzen überwinden.

Imitation der natürlichen Wachstumsbedingungen

Bei der Untersuchung des Anaerobiers Clostridium cellulolyticum, dessen gesamtes Genom kürzlich sequenziert wurde, fiel den Jenaer Forschern auf, dass das Bakterium Gene für die Bildung bislang völlig unbekannter Stoffe besitzt. Anscheinend sind diese Gene unter den standardisierten Laborbedingungen still. Die Wissenschaftler versuchten, die Naturstoff-Synthese durch Variation der Kulturbedingungen in Gang zu setzen. Ohne Erfolg. Schließlich besannen sich Hertweck und Kollegen auf die Herkunft des Bakteriums: Es wurde aus pflanzlichem Kompost isoliert und trägt zum Verrottungsprozess bei, indem es die Cellulose abgestorbener Pflanzen abbaut. Daher lag es nahe, bei der Kultivierung ähnliche Bedingungen zu schaffen, wie sie in der natürlichen Umgebung des Bakteriums vorherrschen. Nach Zugabe eines Extraktes aus einer Bodenprobe enthielt das Spektrum der von Clostridium cellulolyticum gebildeten Stoffe eine neue Komponente. Aus fünf Litern Kulturansatz konnte in langwierigen Trenn- und Reinigungsprozeduren ein Milligramm der neuen Verbindung isoliert werden. Die winzige Menge reichte zur Aufklärung der Molekülstruktur und der biologischen Aktivität und trägt nun die Bezeichnung Closthioamid.

Aktivität gegen multiresistente Krankheitserreger

Die Ergebnisse sind in mehrfacher Hinsicht überraschend. Der neue Naturstoff ist ein strukturell sehr ungewöhnliches, symmetrisches Molekül, das zahlreiche Schwefelatome besitzt. Erste biologische Untersuchungen zeigten zudem, dass Closthioamid gegen multiresistente Krankheitserreger aktiv ist. Die Wirkungsweise ist bislang unbekannt. Die laufenden Forschungen am HKI sollen nicht nur den Mechanismus aufklären, sondern auch zeigen, ob der neue Naturstoff für die Entwicklung von Antibiotika geeignet ist. Außerdem studieren die Wissenschaftler die Biosynthese der außergewöhnlichen Substanz. Sie könnte Möglichkeiten aufzeigen, das Molekül durch gentechnische Eingriffe in das bakterielle Erbgut gezielt zu verändern und bestimmte Eigenschaften zu verstärken.

Professor Christian Hertweck zum Erfolg seines Teams: „Wir freuen uns sehr über unsere überraschende Entdeckung. Nicht nur, weil wir ein neues Antibiotikum gefunden haben. Durch unsere Arbeit wird auch klar, dass das Potential einer riesigen Organismengruppe bislang völlig übersehen wurde. Offensichtlich muss man nur die richtigen Bedingungen finden, um den Mikroorganismen ihre Schätze zu entlocken. Die kommenden Jahre werden auf diesem Gebiet sicherlich noch viele Überraschungen bringen.“

Originalveröffentlichung:

Lincke T, Behnken S, Ishida K, Roth M, Hertweck C (2010). Closthioamide: an unprecedented polythioamide antibiotic from the strictly anaerobic bacterium Clostridium cellulolyticum. Angew Chem Int Ed Engl. 49(11): 2011-2013.

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