Bodenbakterium aus dem Iran liefert zwei neue chemische Verbindungen
Forschende der DSMZ und des HZI identifizierten Lavasamycin A und B aus einem neu charakterisierten Streptomyces-Stamm und kartierten die Gene, die sie erzeugen.
Von Giovanni Sapere
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Biochemiker in Deutschland haben zwei bislang unbekannte natürliche Moleküle, Lavasamycin A und B, aus einem im Iran gesammelten Bakterienstamm isoliert. Die Studie zeigt, dass Lavasamycin A das Wachstum von Bacillus subtilis stoppt, was auf chemische Strukturen hindeutet, die die Erfindung neuer antimikrobieller Wirkstoffe unterstützen könnten.
Zwei verschiedene Moleküle aus dem Boden von Lavasan
Biologen des Leibniz-Instituts DSMZ und des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung isolierten die Verbindungen aus einem Bakterium, das in Bodenproben aus Lavasan, Iran, gefunden wurde. Der Mikroorganismus mit dem Namen Streptomyces barkulensis subsp. lavasanensis wurde in der DSMZ-Sammlung als neue Unterart charakterisiert, wie Phys.org berichtet.
Die chemische Analyse ergab, dass beide Substanzen zur Familie der Anthrachinon-Derivate gehören und eine ungewöhnliche Zuckergruppe tragen. Lavasamycin B enthält ein zusätzliches Strukturmerkmal, eine sogenannte Butenolid-Einheit. In Laborkulturen stoppte Lavasamycin A das Wachstum des grampositiven Bakteriums Bacillus subtilis. Unter denselben Versuchsbedingungen zeigte Lavasamycin B keine antibakterielle Aktivität gegen den Testorganismus.
„Die Kombination aus taxonomischer Charakterisierung, Naturstoffchemie und gezielten genetischen Untersuchungen ermöglicht es uns, neue Naturstoffe einschließlich Antibiotika zu entdecken und ihre Biosynthese besser zu verstehen.“
— Dr. Yvonne Mast, kommissarische wissenschaftliche Direktorin des Leibniz-Instituts DSMZ
Genetischer Schalter steigert die bakterielle Ausbeute
Über die Isolierung der Moleküle hinaus analysierte das Forschungsteam die DNA des Bakteriums, um herauszufinden, wie es sie herstellt. Wie im Journal of Natural Products dargelegt, identifizierten die Wissenschaftler einen Typ-II-Polyketidsynthase-Cluster als biosynthetische Maschinerie hinter beiden Substanzen.
Das Team lokalisierte außerdem ein Repressorgen, das die Molekülsynthese auf natürliche Weise drosselt. Durch Deaktivierung dieses regulatorischen Gens erzielten die Forschenden einen erheblichen Anstieg der Lavasamycin-Ausbeuten. Das Verständnis dieses genetischen Schalters liefert Werkzeuge für metabolic engineering, einen Ansatz, der Forschenden hilft, nützliche Verbindungen aus wenig bekannten Bakterien zu gewinnen, ohne allein auf natürliche Ausbeuten angewiesen zu sein.
Mikrobielle Sammlungen für die Chemie nutzbar machen
Bakterien der Gattung Streptomyces bleiben eine Hauptquelle therapeutischer Chemie, doch eng verwandte Stämme produzieren oft identische Substanzen. Um diese Redundanz zu umgehen, konzentrieren sich Forschende auf Stämme, die eine deutliche phylogenetische Abweichung von gut untersuchten Produzenten zeigen.
Die Studie stützt sich auf katalogisierte Stämme der DSMZ-Bioresource-Bank, die noch nie systematisch chemisch profiliert wurden. Das Forschungsteam betonte, dass die Kombination von taxonomischer Klassifizierung mit Molekulargenetik die biologische Synthese von Sekundärmetaboliten aufklärt. Während die erste Veröffentlichung Labordaten und keine angewandte Patentanmeldung berichtet, stützt die Identifizierung dieser ungewöhnlichen Anthrachinon-Strukturen breitere Technologietransfer-Bemühungen zur Bekämpfung bakterieller Resistenzen.
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