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Neuartiger antibiotischer Wirkstoff aus menschlicher Nase

In T├╝bingen wurde erstmals der Wirkstoff Epifadin isoliert - Epifadin wird von bestimmten Bakterien in der Nase und auf der Haut des Menschen produziert, ist antibiotisch wirksam und der erste Vertreter einer bisher unbekannten Wirkstoffklasse.

18.12.2023 Pressemitteilung

Forschende der Universit├Ąt T├╝bingen haben einen neuartigen antibiotischen Wirkstoff in der menschlichen Nase entdeckt, der gegen krankheitserregende Bakterien eingesetzt werden k├Ânnte. Produziert wird das Molek├╝l mit dem Namen Epifadin von bestimmten Bakterienst├Ąmmen der Art Staphylococcus epidermidis, die auf der Schleimhaut der Naseninnenwand vorkommen. Daneben konnten Epifadin-produzierende St├Ąmme aber auch von der Hautoberfl├Ąche isoliert werden. Epifadin begr├╝ndet eine neue, bisher unbekannte Mikroorganismen-abt├Âtende Wirkstoffklasse, die als Leitstruktur zur Entwicklung von neuartigen Antibiotika genutzt werden k├Ânnte.

Die Nase, Haut oder der Darm des Menschen werden sowohl von gutartigen als auch von krankheitserregenden Bakterien besiedelt. Gemeinsam leben diese Mikroorganismen in sogenannten Mikrobiomen. Ist das Mikrobiom aus dem Gleichgewicht, k├Ânnen sich Krankheitserreger vermehren und wir werden krank. Das Bakterium Staphylococcus epidermidis kommt nat├╝rlicherweise im Haut- und im Nasenmikrobiom fast aller Menschen vor. Der neu identifizierte Stamm produziert den Wirkstoff Epifadin vermutlich, um sich gegen konkurrierende Mikroorganismen durchzusetzen. Epifadin wirkt nicht nur gegen diejenigen Bakterien, die sich in lokaler Konkurrenz mit Staphylococcus epidermidis befinden. Auch gegen Bakterien aus anderen Lebensr├Ąumen wie dem Darm sowie gegen bestimmte Pilze ist Epifadin wirksam. Eine besonders gute Wirksamkeit wurde gegen den potenziellen Krankheitserreger Staphylococcus aureus festgestellt, der auch als Krankenhauskeim bekannt ist, und besonders gef├Ąhrlich ist, wenn er als antibiotikaresistente Form (MRSA) vorkommt.

 

Bereits 2016 entdeckten dieselben Arbeitsgruppen von Dr. Bernhard Krismer und Prof. Dr. Andreas Peschel gemeinsam mit den Professorinnen Stephanie Grond und Heike Br├Âtz-Oesterhelt an der Universit├Ąt T├╝bingen einen unbekannten antibiotischen Wirkstoff mit einzigartiger Struktur ÔÇô das sogenannte Lugdunin. Epifadin ist nun also die zweite Entdeckung dieser Art von diesen Arbeitsgruppen, die im menschlichen Mikrobiom gemacht wurde.

Im Experiment t├Âtet der Wirkstoff Epifadin den Erreger Staphylococcus aureus sehr zuverl├Ąssig ab. Der Wirkstoff sch├Ądigt dabei die Zellmembran feindlicher Bakterienzellen, wodurch diese zerst├Ârt werden.  Die chemische Struktur von Epifadin ist h├Âchst instabil und der Wirkstoff ist nur wenige Stunden aktiv. Dadurch wirkt Epifadin vor allem lokal und Kollateralsch├Ąden des Mikrobioms, wie bei heutigen Behandlungen mit Breitbandantibiotika, sind unwahrscheinlicher. Ob Epifadin oder seine Derivate f├╝r eine Therapie nutzbar sind, wird erst die zuk├╝nftige Forschung zeigen. Es w├Ąre beispielsweise denkbar, Epifadin-produzierende Staphylococcus epidermidis in der Nasenschleimhaut und an anderen Stellen auf unserer Haut gezielt anzusiedeln und somit das Wachstum von Krankheitserregern wie Staphylococcus aureus zu unterdr├╝cken. So k├Ânnte bakteriellen Infektionen vorgebeugt werden ÔÇô mit nat├╝rlichen Mitteln, ├╝ber die unser K├Ârper bereits verf├╝gt.

 

Forschende des Exzellenzclusters ÔÇ×Controlling Microbes to Fight InfectionsÔÇť CMFI der Universit├Ąt T├╝bingen kamen dem Wirkstoff und seiner Struktur vor zehn Jahren auf die Spur, als sie den produzierenden Stamm erstmals isolieren konnten. Komplexe Naturstoffe wie Epifadin werden von Mikroorganismen mithilfe von Enzymen aus Einzelbausteinen gebildet ÔÇô ÔÇ×BiosyntheseÔÇť genannt. Erste Versuche diese Biosynthese nachzuvollziehen, hatten schon fr├╝h auf ein v├Âllig neuartiges Molek├╝l hingedeutet. Erst nach mehreren Jahren der engen Zusammenarbeit mit der chemischen Analytik und Synthese der Organischen Chemie an der Universit├Ąt T├╝bingen, gelang ihnen die Anreicherung und Lagerung des Wirkstoffs auf eine Weise, die eine vollst├Ąndige Isolierung der Reinsubstanz erm├Âglichte.

Studienleiter Bernhard Krismer vom Interfakult├Ąren Institut f├╝r Mikrobiologie und Infektionsmedizin (IMIT) erinnert sich: ÔÇ×Die Daten aus dem Labor waren sehr interessant, aber wegen der Instabilit├Ąt schwer zu interpretieren. Ich war der Meinung, dass es sich trotz der Schwierigkeiten lohnt, weiter daran zu forschen. Hartn├Ąckigkeit und eine hohe Frustrationstoleranz haben hier schlie├člich zum Erfolg gef├╝hrtÔÇť.

Andreas Peschel, Professor f├╝r Mikrobiologie an der Universit├Ąt T├╝bingen und Sprecher des Exzellenzclusters CMFI, erg├Ąnzt: ÔÇ×Seit Jahrzehnten stagniert die Entwicklung neuer Antibiotika. Wir brauchen sie aber mehr denn je, denn wir verzeichnen weltweit einen rasanten Anstieg an multiresistenten Keimen ├╝ber die letzten Jahre. Diese Infektionen sind schwer in den Griff zu bekommen und unsere Reserveantibiotika wirken nicht mehr so gut. Wir brauchen dringend neue Wirkstoffe und BehandlungsmethodenÔÇť.

In Folgestudien wird es darum gehen, aus der Struktur des Wirkstoffs R├╝ckschl├╝sse auf seine Wirkung zu ziehen. Auch hier erschwert die kurze Haltbarkeit von Epifadin eine umfassende chemische und biologische Analyse. Daher sollen im Labor zun├Ąchst mittels chemischer Synthese k├╝nstlich Molek├╝le mit einer ├Ąhnlichen Struktur und antimikrobieller Wirkung wie Epifadin hergestellt werden, die stabiler sind und mit denen sich besser arbeiten l├Ąsst.

 

Publikation:

Benjamin O. Torres Salazar, Taulant Dema, Nadine A. Schilling, Daniela Janek, Jan Bornikoel, Anne Berscheid, Ahmed M. A. Elsherbini, Sophia Krauss, Simon J. Jaag, Michael L├Ąmmerhofer, Min Li, Norah Alqahtani, Malcolm J. Horsburgh, Tilmann Weber, Jos├ę Manuel Beltr├ín-Bele├▒a, Heike Br├Âtz-Oesterhelt, Stephanie Grond, Bernhard Krismer & Andreas Peschel. (2023) Commensal production of a broad spectrum and short-lived antimicrobial peptide polyene eliminates nasal Staphylococcus aureus. Nature Microbiology. https://doi.org/10.1038/s41564-023-01544-2.

Wissenschaftlicher Kontakt

Dr. Bernhard Krismer 
Universit├Ąt T├╝bingen
Interfakult├Ąres Institut f├╝r Mikrobiologie und Infektionsmedizin (IMIT)/Infektionsbiologie
b.krismer @ uni-tuebingen.de 
Telefon: +49 (7071) 29-74640

Prof. Dr. Stephanie Grond 
Universit├Ąt T├╝bingen
Institut f├╝r Organische Chemie
stephanie.grond @ uni-tuebingen.de

 

Pressekontakt

Leon Kokkoliadis
Medien- und ├ľffentlichkeitsarbeit

Tel: +49 7071 29-74707 / +49 152 346 79 269
E-Mail: leon.kokkoliadis@uni-tuebingen.de