Extremophile - eine innovative Quelle für bioaktive Substanzen

Extremophile sind Organismen die unter lebensfeindlichen Bedingungen wie etwa sehr hoher Temperatur oder UV-Belastung überleben können. Das ist möglich indem sie entsprechende Schutzmechanismen, meist in Form spezifischer Inhaltsstoffe, ausbilden. Wenn diese Verbindungen nun in der Lage sind die jeweiligen Lebewesen vor schädlichen Umwelteinflüssen zu schützen, so besitzen sie eventuell auch Relevanz für den Menschen. Naheliegend wäre eine Verwendung in (kosmetischen) Produkten zur Vermeidung von durch UV-Strahlung ausgelösten Hautschäden. Zusätzlich sind die entsprechenden Inhaltsstoffe auch von größtem ökologischem Interesse, denn erst durch ihre Identifizierung und Quantifizierung können die verschiedenen Schutzstrategien erforscht und miteinander verglichen werden. Trotz eines äußerst interessanten und relevanten Themenbereichs wurden die meisten Algen und Cyanobakterien, unabhängig ob sie nun alpinen oder marinen Ursprungs sind, noch nicht näher untersucht. Nur sehr wenig ist über die Art und Bioaktivität ihrer, unter UV- Stress gebildeten Metaboliten bekannt. Im Rahmen eines Vorgängerprojekts wurden bereits ausgewählte Hochgebirgsalgen entsprechend untersucht und grundlegende Techniken zur Isolierung und Analytik etabliert. Im aktuellen Forschungsprojekt liegt der Schwerpunkt auf bislang noch nicht untersuchten marinen Vertretern (Antarktische Makroalgen, Rotalgen aus Mangrovengebieten, etc.) und Bodenalgen. Auch sie sind allesamt Extremophile und daher mögliche Quellen neuer bioaktiver Naturstoffe. Ziel ist es, interessante Arten auszuwählen und die bei UV-Belastung gebildeten Inhaltsstoffe zu isolieren, sowie strukturell, analytisch und pharmakologisch zu charakterisieren. Somit verbindet diese fächerübergreifende Studie auf einzigartige Weise Aspekte der Biologie, Pharmazie, Chemie und Medizin, mit dem Ziel die Relevanz von bislang noch wenig beachteten Extremophilen zu erforschen.

Der Begriff Extremophile beschreibt Organismen, in diesem Projekt waren es vor allem Meeresalgen, die unter lebensfeindlichen Bedingungen wie etwa extremer UV-Strahlung überleben können. Bislang ist nur wenig über die Inhaltsstoffe in Algen bzw. entsprechende Schutzmachanismen bekannt, obwohl sie auch für den Menschen von Nutzen sein könnten (Sonnenschutz). Dieses interdisziplinär aufgebaute Forschungsprojekt hatte folgende Ziele: Die Inhaltsstoffe in bislang unzureichend untersuchten Algenarten näher zu charakterisieren, saisonale oder geographische Schwankungen zu untersuchen, ein geeignetes / verbessertes Testmodell für den UV-Schutz der Haut zu entwickeln, sowie nähere Einblicke in die entsprechenden biologischen Wirkmechanismen zu gewinnen. Eine in Algen oft vorkommende Substanzklasse mit UV-Schutzfunktion sind die Mycosporine-like Amino Acids (MAAs). Im Rahmen dieses Projekts konnten nicht nur mehrere neue Vertreter isoliert und strukturell aufgeklärt werden (sechs Bostrychine in Bostrychia scorpiodes, Klebsormidin A und B aus Klebsormidium Arten), zudem wurden analytische Methoden zu ihrer Quantifizierung entwickelt, und diese für chemosytematische Studien eingesetzt. So konnte gezeigt werden, dass sich beispielsweise in Bostrychia simpliciuscula vier Chemotypen unterscheiden lassen, und diese Ergebnisse auch von DNA Analysen bestätigt werden. Ferner gelang es erstmals die Stereochemie von 14 weit verbreiteten MAAs zu ermitteln, wofür innovative Verfahren wie ECD (electronic circular dichroism) zum Einsatz kamen. Andere, ebenfalls untersuchte bzw. analysierte Algeninhaltsstoffe waren Bromphenole (in Vertebrata lanosa) und sulfatierte Cumarine in Dasycladus vermicularis. Um UV induzierte Veränderungen untersuchen zu können wurde ein, auf menschlichen Hautzellen (Keratinozyten und Fibroblasten) basierendes Zellmodell entwickelt. Die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) diente dabei als Indikator. Ein Vergleich der gängigsten, chemischen UV-Filter zeigte dabei ein ganz unerwartetes Bild, manche verminderten die ROS Bildung, manche induzierten sie jedoch. MAAs waren in diesem Modell nur geringfügig aktiv. In einer weiteren Studie wurden die Effekte des weit verbreiteten Flavonoids Kaempferol auf menschliche Immunzellen untersucht, und dabei erstmals eine Beeinflussung des Tryptophan Stoffwechsels beobachtet. Die komplexe Fragestellung des Projekts erforderte eine interdisziplinäre Herangehensweise, wobei Aspekte der Phytochemie, Analytik, Pharmakologie und Ökologie auf einzigartige Weise kombiniert wurden. Aber gerade dadurch gelang es eine Vielzahl neuer Erkenntnisse in einem bislang noch relativ wenig bearbeiteten Forschungsgebiet zu gewinnen, wie auch die zwölf, aus dem Projekt bislang hervorgegangenen wissenschaftlichen Publikationen belegen.