Neue Möglichkeiten der Herstellung von Antibiotika

Streptomyces gehören einer Gattung von Bakterien an, die in unterschiedlichster Umgebung leben. Faszinierend an ihnen ist vor allem, dass sie biologisch aktive Sekundärmetaboliten produzieren, die als Antimykotika, Krebsmedikamente oder Antibiotika eingesetzt werden können. Die Expression dieser Moleküle verleiht Streptomyces-Bakterien einen Wettbewerbs- und damit Überlebensvorteil, was sie für die biotechnologische Erzeugung von Antibiotika oder anderen biologisch relevanten Molekülen prädestiniert.

Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts "Genome mining in Streptomyces violaceusniger, a prolific antibiotic producer" (ZHOU_PFL_POLYKETIDES) war daher eine spezifische Enzymfamilie, die an der Biosynthese von Antibiotika in der Bakterienart Streptomyces violaceusniger DSM4137 beteiligt ist. Diese Mehrfach-Enzymkomplexe, so genannte Polyketidsynthasen, katalysieren die Produktion von Polyketidsubstanzen wie Erythromycin und Doxycyclin.

So isolierten, klonierten und charakterisierten die Forscher große Gencluster aus Streptomyces violaceusniger DSM4137, um daraus verschiedene natürliche Substanzen zu erzeugen. Um weitere Zusammenhänge zwischen Biosynthesewegen zu klären, wurde untersucht, wie sich die Deletion spezifischer Gene dieser Cluster bzw. Veränderung regulatorischer Gene auf die Synthese auswirken. Mittels Gentechnik wurden Mutanten der Polyketidsynthase-Cluster generiert und die Expression maximiert.

Auf diese Weise gelang es, das Antimykotikum Azalomycin, das Krebsmedikament Nigericin und das Antibiotikum Elaiophylin herzustellen. Intensiv wurde auch an der Enzymologie der Reaktionen und dem molekularen Mechanismus der chemischen Biosynthese dieser Substanzen geforscht.

Insgesamt fördert die Studie den Transfer von Biosyntheseenzymen in biotechnologisch relevante Mikroorganismen, um bestimmte Zielmoleküle zu erzeugen, was dazu beitragen kann, einen großen Engpass in der synthetischen Biologie bei der Herstellung natürlicher Substanzen zu überwinden.