Eine Verbindung ausgekl\u00fcgelter Verfahren f\u00fchrt zur Entdeckung bislang unbekannter Hemmstoffe. Die neue Methodenkombination k\u00fcrzt die Wirkstoffsuche ab.
\nCyanobakterien aus karibischen Korallenriffen produzieren eine Gruppe von Naturstoffen, die Verdauungsenzyme wirksam hemmen. Das hat eine internationale Forschungskooperation um den Marburger Pharmazeuten Prof. Dr. Raphael Reher und den T\u00fcbinger Biochemiker Dr. Daniel Petras herausgefunden, indem sie eine neu entwickelte Methodenkombination einsetzte, mit der sich die Vielzahl der potenziellen pharmazeutischen Wirkstoffe aus komplexen Umweltproben systematisch erfassen l\u00e4sst. Das Team berichtet im Wissenschaftsmagazin „Nature Communications“ \u00fcber seine Ergebnisse.
\nMikroorganismen erzeugen zahlreiche Stoffwechselprodukte, deren N\u00fctzlichkeit f\u00fcr menschliche Zwecke es noch zu entdecken gilt“, erkl\u00e4rte Seniorautor Petras. „Um die Wirkungsweise solcher Substanzen und ihren molekularen Aufbau zu ermitteln, muss man sie zun\u00e4chst einmal in Reinform gewinnen. „Zusammen mit der vollst\u00e4ndigen Strukturaufkl\u00e4rung dauert dieser Prozess in der Regel Monate bis Jahre.“
\nPetrasleitet eine Nachwuchsgruppe im Exzellenzcluster „Controlling Microbes to Fight Infections“ der Universit\u00e4t T\u00fcbingen. „Dieser langwierige Vorgang stellt einen erheblichen Engpass f\u00fcr die systematische Suche nach neuen Heilmitteln aus Naturstoffen dar“, erg\u00e4nzte Erstautor Reher, der seit Kurzem Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie am Fachbereich Pharmazie der Philipps-Universit\u00e4t lehrt.
\nUm die Identifizierung pharmazeutisch vielversprechender Substanzen zu beschleunigen, kombinierten die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mehrere ausgekl\u00fcgelte Verfahren. Dadurch gelang es dem Team, zwei Ziele zu verbinden: Zum einen f\u00fchrt die wirksame Trennung von Molek\u00fclen dazu, die Bestandteile des Rohextrakts auseinander zu sortieren; zum anderen lassen sich die Wechselwirkungen von Bindungspartnern nachvollziehen.
\nDaf\u00fcr nutzte die Forschungsgruppe insbesondere einen neuartigen Ansatz der Massenspektrometrie: Werden bei der Massenspektrometrie \u00fcblicherweise Proteine in ihre Bestandteile zerlegt, so geht es bei nativer Massenspektrometrie gerade darum, die r\u00e4umliche Struktur des Proteins zu erhalten, weil sich daraus dessen Funktion ergibt.
\nPetras und Reher entwickelten den Versuchsaufbau noch w\u00e4hrend ihrer gemeinsamen Zeit als Postdoktoranden an der University of California San Diego in den Vereinigten Staaten von Amerika (USA). „Das Projekt ist ein gutes Beispiel daf\u00fcr, wie komplexe grenz\u00fcbergreifende Forschungskollaboration funktionieren sollte“, erl\u00e4uterte Petras. „Ich bin sehr stolz auf unser internationales Team, das verschiedene Disziplinen wie Naturstoff-Forschung, Analytische Chemie und Informatik vereint und damit die Studie erm\u00f6glicht hat.“
\nReher erg\u00e4nzte diese Ausf\u00fchrungen: „Dass wir dank der exzellenten Infrastruktur und neuer Kollaborationen in T\u00fcbingen und Marburg die Technologie nun hier etablieren und weiterentwickeln konnten, ist dabei ein wichtiger Punkt, der zum erfolgreichen Abschluss der Studie gef\u00fchrt hat und worauf unsere zuk\u00fcnftige Forschung aufbauen wird. Das Team suchte als erste Anwendung nach neuen Hemmstoffen gegen Proteasen – das sind Enzyme, die Proteine abbauen. „Solche Protease-Hemmstoffe setzt man zur Behandlung von Krebs sowie von Virusinfektionen wie SARS-CoV-2, HIV und Hepatitis C ebenso ein wie gegen Diabetes oder Bluthochdruck“, erl\u00e4uterte Reher.
\nAls Quelle f\u00fcr wirksame Naturstoffe w\u00e4hlte die Forschungsgruppe Cyanobakterien aus dem Meer, die Biofilme bilden. Das Team verwendete das proteinspaltende Enzym „Chymotrypsin“ als Ziel, gegen das es Hemmstoffe aus der Bakteriengemeinschaft suchte.
\n„Mit unserem Ansatz identifizierten wir auf Anhieb 30 Verbindungen, die an Chymotrypsin koppeln“, berichtete Reher. Beim Abgleich mit speziellen Datenbanken stellte sich heraus, dass die meisten der gefundenen Molek\u00fcle bislang unbekannt waren. Das f\u00fchrte zur gezielten Isolierung und Strukturaufkl\u00e4rung einer Familie neuer, hochwirksamer Hemmstoffe.
\n„Nach der Bakteriengruppe, aus der die Substanzen stammen, nennen wir diese Rivulariapeptolide“, erkl\u00e4rte Petras. Wie die Autorinnen und Autoren schreiben, halten sie ihren Ansatz f\u00fcr geeignet, die Suche nach einer Vielzahl von Molek\u00fcl-Wechselwirkungen in komplexen Gemischen zu erleichtern. „Das wird nicht nur der Entdeckung von Arzneimitteln und \u00f6kologischen Studien zugutekommen, sondern k\u00f6nnte auch Trainingsdaten f\u00fcr Lernverfahren bereitstellen, die auf k\u00fcnstlicher Intelligenz basieren.“
\nNeben den Arbeitsgruppen von Reher und Petras sowie weiteren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universit\u00e4ten Marburg und T\u00fcbingen beteiligten sich Forscherinnen und Forscher aus Spanien, Puerto Rico, China und den USA an den Forschungsarbeiten. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DDFG) und weitere Geldgeber f\u00f6rderten beteiligte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler finanziell.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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