Die Natur ins Labor geholt: Eine karibische Hornkorallen produziert einen Wirkstoff, der multiresistente Tuberkuloseerreger abtöten kann. Jetzt ist es Forschern gelungen, dieses Natur-Antibiotikum auch ohne die Koralle biotechnologisch herzustellen – mithilfe von Bakteirenkulturen. Das erlaubt eine günstige Produktion des Wirkstoffs und schützt die schwindenden Korallenbestände.
Ob Virenhemmer aus Meeresschwämmen, Schmerzmittel aus dem Kugelfischgift oder Sonnenmilch aus Algenschleim: Der Ozean ist eine wahre Apotheke der Natur. Immer wieder entdecken Wissenschaftler von Meeresbewohnern produzierte Naturstoffe, die auch uns Menschen nützlich sein könnten. Doch wenn für die Gewinnung dieser Stoffe marine Ressourcen ausgebeutet werden müssen, ist dies wenig nachhaltig. Deshalb suchen Forscher nach Wegen, um diese Naturstoffe im Labor zu produzieren.
Tuberkel-Killer aus der Weichkoralle
Genau dies ist nun mit einem vielversprechenden Wirkstoff gegen multiresistente Tuberkulose-Bakterien gelungen. In der Natur wird dieses Antibiotikum von der Hornkoralle Antillogorgia elisabethae produziert, einer Weichkorallenart, die unter anderem auf den Bahamas wächst. Allerdings enthalten die Korallen nur sehr geringe Mengen des Erogorgiaene getauften Wirkstoffs und stehen zudem unter Naturschutz.
Die Korallen als Rohstoffquelle zu nutzen wäre daher weder wirtschaftlich sinnvoll noch ökologisch vertretbar. „Korallenriffe speichern das Klimagas Kohlendioxid und schaffen eine sehr hohe Biodiversität“, sagt Seniorautor Thomas Brück von der Technischen Universität München. „Wenn wir die Riffe der Welt schützen wollen, müssen wir solche biologisch aktiven Naturstoffe, die medizinisch nutzbare Aktivitäten besitzen, auf nachhaltige Weise herstellen.“
Bakterienkultur statt Korallenernte
Im Falle von Erogorgiaene ist die Herstellung mit klassischen chemischen Verfahren allerdings aufwändig und mit toxischen Abfällen verbunden. Ein Kilo des Wirkstoffs würde zudem um die 21.000 Euro kosten. „Mit biotechnologischen Methoden jedoch lässt sich Erogorgiaene schneller, umweltfreundlicher und erheblich günstiger herstellen“, erklärt Brück.
Eine geeignete Methode dazu haben die Forscher nun entwickelt. Sie identifizierten ein Enzym, die Hydropyren-Synthase, das Vorstufen des Erogorgiaenes herstellen kann. Nachdem sie Bakterien der Art Escherichia coli mit diesem Enzym versahen, produzierten die Bakterienkulturen diese Vorstufe aus Glycerin – einem Reststoff aus der Biodiesel-Produktion. Im nächsten Schritt wird die Vorläufersubstanz durch eine zweite chemisch-enzymatische Reaktion zu Erogorgiaene umgewandelt.
Nächster Schritt: ein Entzündungshemmer
Dabei entsteht kein Abfall, da alle Nebenprodukte in einem geschlossenen Kreislauf wiederverwendet werden können. „Die neue Technologieplattform zur Produktion von Naturstoffen mit Hilfe biotechnologischer Verfahren erfüllt sämtliche zwölf Kriterien der Grünen Chemie“, betont Brück. Zudem liegen die Herstellungskosten für Erogorgiaene mit dieser Methode bei nur 9.000 Euro pro Kilogramm. Brück und sein Team haben das Verfahren bereits zum Patent angemeldet.
Im nächsten Schritt wollen die Forscher den Korallen-Wirkstoff Erogorgiaene in ein weiteres, potenziell medizinisch nützliches Molekül umwandeln: Pseudopteropsin. Diese Substanz hat sich in ersten Tests bereits als entzündungshemmend erwiesen und könnte möglicherweise auch gegen überschießenden Immunreaktionen wie den „Cytokinsturm“ bei Covid-19 helfen. (Green Chemistry, 2020; doi: 10.1039/D0GC01697G)
Quelle: Technische Universität München
