Neue bioaktive Naturprodukte durch forcierte Evolution

Naturstoffe aus Pflanzen und Mikroorganismen sind eine wichtige Quelle für Arzneistoffe, die in der Humanmedizin zur Behandlung von Infektionen, Krebs und anderen Krankheiten eingesetzt werden. Die Auffindung neuer Leitsubstanzen wird jedoch aufgrund der häufigen erneuten Isolierung bereits bekannter Verbindungen zunehmend schwierig. Neueste Fortschritte in der Genomforschung zeigen ein enormes verborgenes Potential von Bakterien zur Bildung von Naturstoffen auf, welche jedoch bei der Kultivierung unter standardisierten Laborbedingungen nicht detektierbar sind. Dies ist dadurch bedingt, dass Gene, welche die Bildung potentiell neuer Verbindungen steuern, aufgrund einer strikten Regulierung still bleiben. Die zugrundeliegenden Regulierungsmechanismen lassen sich mit konventionellen Methoden kaum identifizieren und manipulieren. Um dieses Potential durch Aufwecken solcher Gene zu erschliessen, sind innovative Ansätze notwendig, welche in der Bildung potentiell neuer Arzneistoff-Leitstrukturen resultieren werden. In diesem Projekt werden wir eine kürzlich entwickelte Methode zur Aktivierung stiller Gene für die Biosynthese von bakteriellen Naturstoffen einsetzen, welche auf einem spezifisch modifizierten, in der DNA-Replikation involvierten Protein basiert. Dieses modifizierte Protein induziert mit hoher Effizienz zufällige Änderungen (Mutationen) im bakteriellen Genom, was schliesslich zu einer Kombination von Mutationen führt, die in der Aktivierung von stillen Biosynthese-Genen resultiert. Dieser Vorgang wird überwacht und kann bei Erreichen des gewünschten Effekts gestoppt werden. Die Aktivierung stiller Biosynthese-Gene wird über speziell konstruierte biologische Sensoren erkannt, welche bei der Bildung des gesuchten Produkts einen leicht detektierbaren blauen Farbstoff generieren. Somit wird es uns möglich sein, jene Bakterien, welche den erwünschten Naturstoff produzieren, leicht identifizieren zu können. Die von solchen Bakterien gebildeten Verbindungen werden in der Folge aufgereinigt und charakterisiert, um deren Neuartigkeit zu bestätigen. Zur Voraussage möglicher biologischer Aktivitäten werden spezielle Computerprogramme eingesetzt und die Voraussagen experimentell verifiziert werden. Dieses Projekt wird den Weg für die Auffindung neuer Naturstoff-basierter Arzneistoffe zur Behandlung einer Vielzahl humaner Krankheiten bahnen.