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Überraschung bei Antibiotika-Produktion in Höhlenbakterien

26.01.2012
Neue Einblicke in die bakterielle Antibiotika-Produktion konnten Christian Hertweck, stellvertretender Direktor des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut – und sein Team gewinnen.
Sie fanden heraus, dass die Abwesenheit eines als CerJ bezeichneten Enzyms zur Produktion eines hochwirksamen Antibiotikums führt. Detaillierte Untersuchungen der Wirkungsweise von CerJ brachten einen völlig neuartigen Reaktionsmechanismus zu Tage. Die Arbeit wurde vor kurzem in der international renommierten Fachzeitschrift Nature Chemical Biology veröffentlicht.

Infektionen mit Antibiotika-resistenten Keimen, wie z. B. MRSA (Methicillin-resistente Staphylococcus aureus), stellen eine große Bedrohung in Krankenhäusern dar. Wissenschaftler sind daher beständig auf der Suche nach neuen wirksamen Antibiotika. Das Antibiotikum Cervimycin gehört zu den wenigen Substanzen, die MRSA bekämpfen können. Cervimycin wurde von Wissenschaftlern des Hans-Knöll-Instituts entdeckt.

Es wird von Bakterien gebildet, die sich auf steinzeitlichen Höhlenmalereien der italienischen Grotta dei Cervi angesiedelt hatten. Ein Team um den Jenaer Naturstoff-Forscher Christian Hertweck fand nun heraus, dass Bakterien, denen das CerJ-Enzym fehlt, eine noch aktivere Variante dieses Antibiotikums, das sogenannte Cervimycin K, produzieren. Die Wissenschaftler haben damit die Möglichkeit, mit biotechnologischen Methoden die bislang aktivste Form des Antibiotikums nachhaltig zu produzieren. Auf chemischem Weg war die Herstellung dieses Wirkstoffs nicht praktikabel.

Hertweck, Professor für Naturstoffchemie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena, untersuchte das CerJ-Enzym mit biochemischen Methoden und stieß dabei auf einen vollkommen unerwarteten Wirkmechanismus. In Zusammenarbeit mit Strukturbiologen der Universität Tübingen konnten die Forscher zeigen, dass CerJ eine sehr große Ähnlichkeit mit Enzymen aus der Familie der Polyketidsynthasen aufweist, aber eine völlig andere chemische Reaktion als diese katalysiert. Polyketidsynthasen sind Enzyme, die in der Regel Molekülbausteine zu langen Kohlenstoffketten zusammenfügen.

Anders als erwartet katalysiert CerJ jedoch keine derartigen Reaktionen sondern fügt bestimmte Säuregruppen an die Cervimycin-Vorstufe an. Wird dieser Schritt nun durch Inaktivierung von CerJ unterbunden, entsteht das deutlich aktivere Cervimycin K. „Wir haben es hier mit einem neuen Reaktionsmechanismus für ein Enzym dieser Familie zu tun. Dessen Entschlüsselung ist nicht nur biochemisch sehr interessant, sie eröffnet uns darüber hinaus elegante Möglichkeiten zur biotechnologischen Herstellung neuer Antibiotika“, so Hertweck über die Bedeutung der Forschungsergebnisse. Und neue Antibiotika sind angesichts immer weiter verbreiteter Resistenzen bei gefährlichen Krankheitserregern heute dringender erforderlich denn je.

Originalpublikation
Bretschneider T, Zocher G, Unger M, Scherlach K, Stehle T, Hertweck C: A ketosynthase homolog uses malonyl units to form esters in cervimycin biosynthesis. Nature Chemical Biology 8, 154–161 (2012), doi:10.1038/nchembio.746
http://www.nature.com/nchembio/journal/v8/n2/full/nchembio.746.html

Informationen zum HKI http://www.hki-jena.de
Das Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut – wurde 1992 gegründet und gehört seit 2003 zur Leibniz-Gemeinschaft. Die Wissenschaftler des HKI befassen sich mit der Infektionsbiologie human-pathogener Pilze. Sie untersuchen die molekularen Mechanismen der Krankheitsauslösung und die Wechselwirkung mit dem menschlichen Immunsystem. Neue Naturstoffe aus Mikroorganismen werden auf ihre Wirksamkeit gegen Pilzerkrankungen untersucht und zielgerichtet modifiziert.
Das HKI verfügt derzeit über fünf wissenschaftliche Abteilungen, deren Leiter gleichzeitig berufene Professoren der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) sind. Hinzu kommen jeweils vier Nachwuchsgruppen und Querschnittseinrichtungen mit einer integrativen Funktion für das Institut, darunter das anwendungsorientierte Biotechnikum als Schnittstelle zur Industrie. Zur Zeit arbeiten etwa 300 Menschen am HKI, darunter 110 Doktoranden.

Informationen zur Leibniz-Gemeinschaft http://www.leibniz-gemeinschaft.de
Die Leibniz-Gemeinschaft vereint 86 Einrichtungen, die anwendungsbezogene Grundlagenforschung betreiben und wissenschaftliche Infrastruktur bereitstellen. Insgesamt beschäftigen die Leibniz-Einrichtungen rund 16.800 Menschen – darunter 7.800 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler – bei einem Jahresetat von insgesamt knapp 1,4 Milliarden Euro.
Die Leibniz-Gemeinschaft zeichnet sich durch die Vielfalt der in den Einrichtungen bearbeiteten Themen und Disziplinen aus, welche insbesondere den Brückenschlag zwischen den Geistes- und Sozialwissenschaften und den Natur-, Lebens- und Ingenieurwissenschaften ermöglichen. Die Forschungsmuseen der Leibniz-Gemeinschaft bewahren und erforschen das natürliche und kulturelle Erbe. Darüber hinaus sind sie Schaufenster der Forschung, Orte des Lernens und der Faszination für die Wissenschaft.

Ansprechpartner
Dr. Michael Ramm
Wissenschaftliche Organisation
Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie e.V.
– Hans-Knöll-Institut –
Beutenbergstrasse 11a
07745 Jena
+49 3641 532 10 11 (T)
+49 3641 532 08 01 (F)
pr@hki-jena.de

Dr. Michael Ramm | idw
Weitere Informationen:
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