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Wie Bakterien Antibiotika herstellen

Forscher entschlüsseln wichtige Schritte in der Bildung eines natürlichen Antibiotikums

© HIPS / Köhnke

Die Oberfläche des Enzyms PurAH mit den beiden katalytischen Zink Ionen (graue Kugeln) im katalytischen Zentrum.

28.06.2019: In den 1950er Jahren entdeckten Forscher die Bottromycine – von Bakterien produzierte Naturstoffe mit antibiotischer Wirkung. Da diese Substanzen sogar menschliche Krankheitserreger wie den Krankenhauskeim MRSA (Methicillin-resistente Staphylococcus areus) abtöten, sind sie für die Medikamentenentwicklung von Interesse. Nach der Entdeckung der Bottromycine dauerte es noch bis zum Jahr 2012, bis Forscher des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) und seines Saarbrücker Standortes Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) die Gene identifizieren konnten, die Bakterien zur Bildung der Bottromycine nutzen. Nun konnten sie die zugrundeliegenden Reaktionen in den Bakterienzellen weiter aufklären.

„Um Bottromycine weiterentwickeln zu können, müssen wir die produzierenden Bakterien dazu bringen können, neue Versionen des Naturstoffes mit verbesserten Eigenschaften herzustellen“, sagt Juniorprofessor Jesko Köhnke, der am HIPS die Nachwuchsgruppe „Strukturbiologie biosynthetischer Enzyme“ leitet. Dazu müssen die Wissenschaftler allerdings zunächst im Detail verstehen, wie die komplizierten chemischen Reaktionen während der Bildung von Bottromycinen in der Bakterienzelle ablaufen. Nun hat Köhnkes Team gemeinsam mit der Forschungsgruppe von Prof. Iris Antes der Technischen Universität München eine detaillierte Studie über das Enzym PurAH vorgelegt, das eine wichtige Rolle in der Bottromycin-Produktion spielt. Zusätzlich zu der Reaktion, die von diesem Enzym durchgeführt wird, haben die Wissenschaftler auch seine dreidimensionale Kristallstruktur auf Atomebene aufgeklärt. Sie fanden heraus, dass PurAH mit einem anderen Enzym der Bottromycin-Biosynthese zusammenarbeitet und dabei als eine Art Weichensteller agiert. Diese Erkenntnisse sind ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Herstellung verbesserter Bottromycine.

Originalveröffentlichung:
Asfandyar Sikandar, Laura Franz, Okke Melse, Iris Antes and Jesko Koehnke; "Thiazoline-Specific Amidohydrolase PurAH Is the Gatekeeper of Bottromycin Biosynthesis"; J. Am. Chem. Soc.; 2019

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