Institut für Pharmazeutische Biologie


 

 

Forschungsschwerpunkte :

Das wichtigste wissenschaftliche Forschungsprojekt unserer Arbeitsgruppe ist die Herstellung neuer Arzneistoffe mittels „Kombinatorischer Biosynthese“. Die "Kombinatorische Biosynthese" ist ein molekularbiologisches Verfahren, bei dem durch Neukombination von Biosynthese-Genen neue Naturstoffe entstehen. Im Mittelpunkt der Arbeiten stehen Arzneistoffe, die aus Zuckermolekülen aufgebaut sind. Weitere Schwerpunkte sind Untersuchungen zum Wirkmechanismus verschiedener Oligosaccharid-Antibiotika und die Charakterisierung einiger Antibiotikaresistenz-Mechanismen.

1. Herstellung neuer Arzneistoffe mittels „Kombinatorischer Biosynthese“

1. 1. Klonierung und Charakterisierung von Antibiotika-Biosynthese-Genclustern

Antibiotika-Biosynthese-Gene in Streptomyceten liegen alle dicht zusammen auf einem kleinen Abschnitt des Chromosoms vor. Man spricht von einem "Biosynthese-Gencluster". In unserer Arbeitsgruppe konnten die Biosynthese-Gencluster der Naturstoffe Phenalinolacton, Landomycin, Urdamycin, Granaticin, Avilamycin, Simocyclinon, Polyketomycin, Lipomycin und Aranciamycin kloniert und zum größten Teil sequenziert werden. Derzeit konzentrieren sich unsere Arbeiten darauf, die Funktion bestimmter Gene dieser Cluster aufzuklären.

1.1.1 Aufklärung der Funktion der in den Clustern gefundenen Glycosyltransferasegene
In allen Clustern konnten Glycosyltransferase-Gene gefunden werden, die die Verknüpfung der Zuckermoleküle katalysieren. Die spezifische Funktion dieser Gene wird derzeit durch Geninaktivierungs- und Expressionsexperimente aufgeklärt. Es konnte bereits mehreren Genen bzw. Genprodukten eine spezifische Funktion zugeordnet werden. Einige Glycosyltransferasen sollen gereinigt und biochemisch charakterisiert werden.

1.1.2 Aufklärung der Funktion der in den Clustern gefundenen Gene, die für Enzyme codieren, die Modifikations-Reaktionen katalysieren
Sehr viele Antibiotika enthalten stark modifizierte (desoxygenierte, methylierte) Zucker-Derivate als für die Wirksamkeit wichtige Bestandteile. In unseren Biosynthese-Genclustern fanden wir einige Gene, deren Produkte für die Modifikations-Reaktionen verantwortlich sein könnten. Diese sollen ebenfalls durch Geninaktivierungs- und Expressionsexperimente charakterisiert werden.

1.2 Einsatz der Biosynthesegene in Experimenten zur Herstellung neuer Arzneistoffe
In Fortsetzung der oben genannten Arbeiten sollen die Gene gezielt eingesetzt werden, um neue Antibiotika herzustellen. Es konnte bereits in ersten Experimenten gezeigt werden, dass neue Arzneistoffe durch die heterologe Expression von Biosynthese-Genen möglich ist. Im Mittelpunkt unserer Arbeiten stehen derzeit Glycosyltransferase-Gene, zu einem späteren Zeitpunkt sollen andere Biosynthese-Genklassen in diese Arbeiten einbezogen werden.

1.3 Design hybrider Glycosyltransferasegene mit veränderter Substratspezifität und Einsatz dieser Gene in der „Kombinatorischen Biosynthese“
Erst kürzlich gelang uns die Herstellung einiger Glycosyltransferase-Gene, die Bestandteile verschiedener Gene enthielten und deren Genprodukte enzymatisch aktiv waren. Durch Methoden des „Gene Shuffling“ und durch „Site Directed Mutagenesis“ sollen nun weitere neue Gene konstruiert werden. Ziel dieser Untersuchungen ist die Anfertigung maßgeschneiderter Enzyme mit definierbarer Substratspezifität.

2. Untersuchungen zu Struktur-Wirkungsbeziehungen glycosidierter Naturstoffe
Sowohl die Avilamycine als auch die Landomycine weisen intensive antibiotische bzw. zytostatische Aktivitäten auf. In beiden Fällen ist der exakte Wirkmechanismus nicht bekannt. Unsere Arbeiten zielen darauf, Derivate beider Substanzen herzustellen, um so Hinweise über die Korrelation zwischen Struktur und Funktion der beider Naturstoffe zu erzielen. Außerdem ist geplant, die exakten Wirkmechanismen der Substanzen zu erforschen.

3. Untersuchungen zu Antibiotikaresistenz-Mechanismen
Ein weiteres Projekt beinhaltet die Fortsetzung der Arbeiten zur Charakterisierung von Antibiotikaresistenz-Mechanismen. Besonders interessieren wir uns für Gene, die Resistenz gegen Avilamycin verleihen. Zwei bereits klonierte Resistenzgene weisen einen neuartigen Resistenzmechanismus auf.