Anti-Tumor-Wirkstoffe aus Meeresschwämmen

Bakterielle Symbionten von Meeresschwämmen eröffnen Weg für biotechnologische Produktion mariner Naturstoffe gegen Krebs

Sesshafte Meeresschwämme setzen – ähnlich wie Pflanzen – chemische Abwehrstoffe zur Verteidigung gegen ihre Feinde ein. Solche Substanzen besitzen nicht selten nützliche und therapeutische Eigenschaften und gelten daher als wichtige Kandidaten für zukünftige Arzneimittel, jedoch: Ihre Entwicklung bis zur Produktreife ist aufgrund der geringen Mengen, die aus den Schwämmen gewonnen werden können, noch immer ein großes Problem. Eine mögliche alternative Quelle für diese medizinischen Naturstoffe hat nun eine Forschergruppe um Jörn Piel vom Jenaer Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie zusammen mit Kollegen aus dem Institut für Molekulare Biotechnologie – beide Institute befinden sich auf dem Jenaer Beutenberg-Campus – aufgetan. Die Wissenschaftler fanden am Beispiel des Steinschwammes Theonella swinhoei heraus, dass nicht der Schwamm selbst, sondern mit ihm in Eintracht lebende Bakterien jene marinen Wirkstoffe (Onnamide) produzieren, für die eine Anti-Tumor-Aktivität nachgewiesen wurde. Die mit dieser Untersuchung einhergehende Klonierung der dazugehörigen bakteriellen Gene ermöglicht in Zukunft die Herstellung der bioaktiven Polyketide im Großmaßstab (PNAS, Early Edition, 1. November 2004).

Wirbellose Meerestiere wie Korallen, Manteltierchen oder Schwämme enthalten oftmals Substanzen, die als viel versprechende Stoffe gegen Krebs und Infektionskrankheiten gelten. Vieles deutet darauf hin, dass nicht die Tiere selbst, sondern mit ihnen gemeinsam lebende Bakterien die wahren Produzenten dieser Wirkstoffe sind. Dafür spricht zum Beispiel, dass diese Naturstoffe bakteriellen Stoffwechselprodukten sehr ähneln oder dass fast identische Naturstoffe in Tieren vorkommen, die ganz und gar nicht miteinander verwandt sind.

Jörn Piel, neu berufener Professor für Organische Chemie an der Universität Bonn, ist solchen Bakterien nunmehr zum zweiten Mal auf die Spur gekommen. Bereits vor zwei Jahren hatte er Bakterien der Gattung Pseudomonas als „heimliche“ Produzenten der Anti-Tumor Wirkstoffe aus der Pederin-Gruppe identifiziert, die in Käfern der Gattungen Paederus und Paederidus vorkommen (Piel et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 14002-14007 (2002)).

In der nun vorgestellten Studie wird dieses Wissen um symbiotisch lebende Pseudomonaden in Steinschwämmen erweitert: In diesen Meerestieren produzieren Bakterien die chemischen Abwehrstoffe Onnamid A und Theopederine – chemische Verbindungen, die zu den bereits in den Käfern vorkommenden Pederinen verwandt sind. Onnamide gehören zur Stoffgruppe der Polyketide, eine in marinen Invertebraten (Schwämme, Mantelltiere) besonders häufige und sonst nur aus Mikroorganismen und Pflanzen bekannte Wirkstoffklasse.

Onnamide und Theopederine sind stark cytotoxisch und als zukünftige Anti-Tumor Wirkstoffe denkbar. Voraussetzung ist allerdings, dass ausreichende Mengen dieser Substanzen für chemische Modifikationen und medizinische Tests bereitgestellt werden können. Doch bislang lassen sich nur sehr wenige symbiotisch lebende Bakterien – egal ob aus Käfern oder Meerestieren – im Labor züchten.

Die Forscher um Jörn Piel jedoch haben mit ihren neuen Ergebnissen nun auch den direkten Weg in die medizinische Biotechnologie geebnet, indem sie aus den nicht kultivierbaren Bakterien diejenigen Gene, welche die Erbinformation für den Stoffwechselweg der Onnamide tragen, klonierten und so einen weiteren Beweis anführten, dass es sich bei den Produzenten um Pseudomonaden handelt. Da sich diese Naturstoffgene nun leicht in kultivierbare Bakterien übertragen lassen, können schon bald die für die Anti-Tumor Therapie wertvollen Wirkstoffe im Großmaßstab erzeugt und getestet werden.