Neue Methodenkombination kürzt Wirkstoffsuche ab

Cyanobakterien aus karibischen Korallenriffen produzieren eine Gruppe von Naturstoffen, die Verdauungsenzyme wirksam hemmen. Das hat eine internationale Forschungskooperation um den Marburger Pharmazeuten Professor Dr. Raphael Reher und den Tübinger Biochemiker Dr. Daniel Petras herausgefunden, indem sie eine neu entwickelte Methodenkombination einsetzte, mit der sich die Vielzahl der potenziellen pharmazeutischen Wirkstoffe aus komplexen Umweltproben systematisch erfassen lässt. Das Team berichtet im Wissenschaftsmagazin „Nature Communications“ über seine Ergebnisse.

Mikroorganismen erzeugen zahlreiche Stoffwechselprodukte, deren Nützlichkeit für menschliche Zwecke es noch zu entdecken gilt. Um die Wirkungsweise solcher Substanzen und ihren molekularen Aufbau zu ermitteln, muss man sie zunächst einmal in Reinform gewinnen. „Zusammen mit der vollständigen Strukturaufklärung dauert dieser Prozess in der Regel Monate bis Jahre“, erklärt Seniorautor Daniel Petras, der eine Nachwuchsgruppe im Exzellenzcluster “Controlling Microbes to Fight Infections” (CMFI) der Universität Tübingen leitet. „Dieser langwierige Vorgang stellt einen erheblichen Engpass für die systematische Suche nach neuen Heilmitteln aus Naturstoffen dar“, ergänzt Erstautor Raphael Reher, der seit Kurzem Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie am Marburger Fachbereich Pharmazie lehrt.

Um die Identifizierung pharmazeutisch vielversprechender Substanzen zu beschleunigen, kombinierten die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mehrere ausgeklügelte Verfahren. Dadurch gelang es dem Team, zwei Ziele zu verbinden: Zum einen führt die wirksame Trennung von Molekülen dazu, die Bestandteile des Rohextrakts auseinander zu sortieren; zum anderen lassen sich die Wechselwirkungen von Bindungspartnern nachvollziehen.

Die Forschungsgruppe nutzte hierfür insbesondere einen neuartigen Ansatz der Massenspektrometrie: Werden bei der Massenspektrometrie üblicherweise Proteine in ihre Bestandteile zerlegt, so geht es bei nativer Massenspektrometrie gerade darum, die räumliche Struktur des Proteins zu erhalten, weil sich daraus dessen Funktion ergibt.

Petras und Reher entwickelten den Versuchsaufbau noch während ihrer gemeinsamen Zeit als Postdoktoranden an der University of California San Diego in den USA.  „Das Projekt ist ein gutes Beispiel dafür, wie komplexe grenzübergreifende Forschungskollaboration funktionieren sollte“, legt Petras dar. „Ich bin sehr stolz auf unser internationales Team, das verschiedene Disziplinen, wie Naturstoff-Forschung, Analytische Chemie und Informatik vereint und damit die Studie ermöglicht hat.“

„Dass wir dank der exzellenten Infrastruktur und neuer Kollaborationen in Tübingen und Marburg, die Technologie nun hier etablieren und weiterentwickeln konnten, ist dabei ein wichtiger Punkt, der zum erfolgreichen Abschluss der Studie geführt hat und worauf unsere zukünftige Forschung aufbauen wird“, ergänzt Reher.