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Mikroorganismen verdanken wir eine Vielzahl unserer modernen Arzneimittel, allen voran vielfältige Antibiotika. In jedem beliebigen Lebensraum leben Unmengen bisher unbekannter Mikroben. Ein Verfahren zur Suche nach neuen Wirkstoffen ist es daher, solche Mikroorganismen im Labor zu kultivieren und Extrakte ihrer Kulturen auf biologische Aktivität hin zu untersuchen. Die Überzahl dieser Mikroorganismen lassen sich unter gängigen Laborbedingungen aber nicht kultivieren. Wie sich inzwischen zeigte, ist dies auch gar nicht unbedingt erforderlich, um an die von ihnen produzierten Naturstoffe heranzukommen: Man kann DNA direkt aus Umweltproben, etwa einer Handvoll Erde, extrahieren, in Form von „Umwelt-DNA-Bibliotheken“ speichern.
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Wüst, aber nicht leer:
Cosmid-Klone mit Typ-II-Polyketidsynthase-Genen aus Umwelt-DNA
(aus Wüstenboden) wurden auf die Produktion klonspezifischer
Metabolite in Streptomyces hin untersucht. Ein rekombinanter
Streptomyces stellte das Polyketid Erdacin (1) mit einer bislang
unbekannten pentacyclischen Struktur her.
[Quelle: Wiley, Angewandte
Chemie, siehe unten] |
Eine spezielle Herausforderung ist es, vollständige Gruppen von zusammengehörigen Genen, so genannte Gen-Cluster, aus solchen Bibliotheken zu gewinnen. Bradys Team konnte nun aus einer Bibliothek mit DNA, die aus Wüstenerde extrahiert worden war, Gene isolieren, die für die Enzyme eines speziellen Biosyntheseweges (Typ II Polyketid-Synthase-Weg) codieren. Die Forscher schleusten die Gene aus der Wüstenerde in den Pilz Streptomyces albus ein, der daraufhin ein neuartiges Polyketid produzierte. Polyketide sind eine Gruppe von Naturstoffen, deren Gemeinsamkeit ihre Biosynthese aus Polyketid-Vorstufen ist. In ihrer chemischen Struktur und ihren biologischen Eigenschaften unterscheiden sie sich dagegen stark. Unter den Polyketiden finden sich viele wichtige Arzneimittel, beispielsweise Tetracycline und das Antibiotikum Erythromycin. Das neue Polyketid, das durch den Wüstenerde-Gencluster produziert wurde, nannten die Forscher Erdacin, abgeleitet von dem altenglischen Wort „erda“ für Erde. Durch NMR-Spektrometrie und Röntgenstrukturanalyse charakterisierten sie die Struktur: Ein pentacyclisches Ringsystem aus vier Sechsringen und einem Fünfring, die auf eine Weise verknüpft sind, die so bisher noch nicht bekannt war. Erdacin ist ein hochwirksames Antioxidans, das doppelt so aktiv wie bekannte Antioxidatien ist, etwa Vitamin C.
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