Eine größere mikrobielle Biodiversität erhöht die Chance, bislang unbekannte Naturstoffe und damit mögliche Ausgangspunkte für neue Medikamente zu entdecken. Forschende des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland haben 118 neue Myxobakterien untersucht und deren Genome entschlüsselt. Dabei fanden sie zahlreiche bislang unbekannte genetische Baupläne für Naturstoffe und beschrieben fünf neue Substanzklassen. Bis daraus zugelassene Medikamente entstehen, sind jedoch umfangreiche weitere Untersuchungen erforderlich.
Wie hilft Biodiversität bei der Suche nach neuen Medikamenten?
| Ergebnis der Forschung | Bedeutung |
|---|---|
| 118 neue Myxobakterien untersucht | Deutlich größere biologische Grundlage für die Naturstoffforschung |
| 28 Familien statt zuvor 11 | Erhebliche Erweiterung der bekannten Vielfalt |
| 90 Gattungen statt zuvor 32 | Zugang zu zahlreichen bislang wenig untersuchten Mikroorganismen |
| Genome der neuen Vertreter sequenziert | Gezielte Suche nach Genclustern für Naturstoffe wird möglich |
| Fünf neue Substanzklassen beschrieben | Konkreter Nachweis des chemischen Potenzials der erweiterten Sammlung |
| ABC-Myxo als digitaler Atlas | Forschende weltweit können die genetischen Informationen nutzen |
| Microbelix als Citizen Science Projekt | Auch Bürgerinnen und Bürger können durch Bodenproben zur Forschung beitragen |
Faktenbox: Meldung, Bedeutung und Einordnung
Meldung: Forschende des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland, kurz HIPS, haben die bekannte Vielfalt von Myxobakterien erheblich erweitert. In der aktuellen Untersuchung wurden 118 neue Vertreter beschrieben und ihre Genome analysiert.
Bedeutung: In den Genomen fanden die Wissenschaftler zahlreiche bislang unbekannte genetische Baupläne für die Herstellung von Naturstoffen. Solche Naturstoffe können Ausgangspunkte für die Entwicklung neuer Wirkstoffe sein.
Einordnung: Besonders relevant ist die Forschung angesichts zunehmender Antibiotikaresistenzen. Die entdeckten Substanzen sind allerdings nicht automatisch neue Medikamente. Zwischen einem interessanten Naturstoff und einem zugelassenen Arzneimittel liegen zahlreiche präklinische und klinische Entwicklungsschritte.
Warum ist Biodiversität für neue Medikamente so interessant?
Wenn von Biodiversität gesprochen wird, denken viele zunächst an Wälder, Insekten, Pflanzen oder bedrohte Tierarten. Biologische Vielfalt existiert jedoch auch in einer Welt, die für das menschliche Auge praktisch unsichtbar bleibt. Böden enthalten eine enorme Vielfalt an Bakterien, Pilzen und anderen Mikroorganismen. Genau diese mikrobielle Biodiversität ist für die pharmazeutische Forschung ausgesprochen interessant.
Mikroorganismen leben seit sehr langer Zeit in komplexen Gemeinschaften. Dort konkurrieren sie um Platz und Nährstoffe, kommunizieren miteinander und müssen sich gegen andere Organismen behaupten. Im Laufe der Evolution haben viele von ihnen deshalb chemische Verbindungen entwickelt, die ihnen Vorteile verschaffen.
Für die Arzneimittelforschung sind solche sogenannten Naturstoffe besonders wertvoll. Sie können beispielsweise biologische Prozesse beeinflussen oder das Wachstum anderer Mikroorganismen hemmen. Zahlreiche medizinisch bedeutende Wirkstoffe haben ihren Ursprung direkt oder indirekt in Naturstoffen.
Die aktuelle Forschung am HIPS zeigt deshalb einen wichtigen Zusammenhang: Wer nach neuen chemischen Strukturen sucht, sollte nicht ausschließlich dieselben bereits intensiv untersuchten Mikroorganismen analysieren. Eine größere biologische Vielfalt kann gleichzeitig eine größere chemische Vielfalt bedeuten.
Was sind Myxobakterien und warum werden sie erforscht?
Myxobakterien sind überwiegend im Boden vorkommende Bakterien mit ungewöhnlichen biologischen Eigenschaften. Sie können sich gemeinschaftlich bewegen, komplexe Lebenszyklen durchlaufen und teilweise auffällige Fruchtkörper bilden. Für die pharmazeutische Forschung ist jedoch vor allem ihre Fähigkeit interessant, zahlreiche sogenannte Sekundärmetaboliten herzustellen.
Sekundärmetaboliten sind Stoffe, die ein Organismus nicht unmittelbar für grundlegende Prozesse wie Wachstum oder Energiegewinnung benötigt. Sie können ihm aber beispielsweise bei der Kommunikation, Verteidigung oder Konkurrenz mit anderen Mikroorganismen helfen.
Genau diese Moleküle können für Forschende interessant sein, weil einige von ihnen biologische Wirkungen besitzen.
Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung beschreibt Myxobakterien bereits seit Langem als vielversprechende Produzenten strukturell und funktionell unterschiedlicher Naturstoffe. Die Forschungsgruppe am HIPS verfügt inzwischen über eine umfangreiche Sammlung verschiedener myxobakterieller Stämme und kombiniert klassische Naturstoffforschung mit modernen genetischen Methoden.
Weitere Informationen zur aktuellen Untersuchung findest du in der Pressemitteilung des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung:
Biodiversität als Grundlage für neue Medikamente beim Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung
Was haben die Forschenden bei den Myxobakterien entdeckt?
Die Dimension der aktuellen Arbeit wird besonders deutlich, wenn man die taxonomischen Zahlen betrachtet. Taxonomie bezeichnet die wissenschaftliche Einordnung und Benennung von Lebewesen.
Bei den untersuchten Myxobakterien waren zuvor lediglich elf Familien und 32 Gattungen bekannt. Durch die über viele Jahre zusammengetragenen Proben und die anschließende wissenschaftliche Charakterisierung konnte das Forschungsteam die erfasste Vielfalt auf 28 Familien und 90 Gattungen erweitern.
Allein diese Zahlen zeigen, wie groß der bislang wenig untersuchte Bereich der mikrobiellen Biodiversität sein kann.
Besonders wichtig ist allerdings, dass die Forschenden die Bakterien nicht nur sammelten und klassifizierten. Sie entschlüsselten zusätzlich deren genetische Informationen. Dadurch lässt sich untersuchen, welche molekularen Baupläne in einem Organismus verborgen sind.
Warum sind die Genome der Bakterien so wichtig?
Das Genom enthält die genetische Information eines Organismus. Bei Bakterien können bestimmte Gruppen von Genen gemeinsam für die Herstellung komplexer Naturstoffe verantwortlich sein. Solche Bereiche werden häufig als biosynthetische Gencluster bezeichnet.
Vereinfacht kannst du dir einen solchen Gencluster wie eine Bauanleitung für eine kleine biologische Chemiefabrik vorstellen. Mehrere Gene liefern Informationen für Enzyme und andere Komponenten, die gemeinsam an der Herstellung eines bestimmten Moleküls beteiligt sind.
Moderne Bioinformatik ermöglicht es Forschenden, solche Genbereiche in großen Genomdatensätzen systematisch zu suchen. Dieser Ansatz wird häufig als Genome Mining bezeichnet.
Das Spannende daran: Ein Bakterium muss eine interessante Substanz unter normalen Laborbedingungen nicht unbedingt in großen Mengen herstellen. Sein Genom kann trotzdem verraten, dass grundsätzlich die genetischen Voraussetzungen für deren Biosynthese vorhanden sind.
Dadurch können Wissenschaftler Kandidaten identifizieren, die bei einer ausschließlich klassischen Untersuchung möglicherweise übersehen worden wären.
Warum bedeutet mehr Biodiversität auch mehr chemische Möglichkeiten?
Ein entscheidender Gedanke der Studie lautet, dass taxonomische Vielfalt und chemische Vielfalt miteinander verbunden sein können. Je weiter Forschende ihren Blick auf bislang wenig untersuchte Mikroorganismen ausdehnen, desto größer wird die Wahrscheinlichkeit, auch neue Biosynthesewege und chemische Strukturen zu entdecken.
Das ist besonders wichtig, weil gut erforschte Mikroorganismen irgendwann ein praktisches Problem verursachen können: Forschende entdecken bei weiteren Untersuchungen immer häufiger Stoffe, die bereits bekannt sind.
Dieses Problem wird in der Naturstoffforschung teilweise als Rediscovery bezeichnet. Statt einer neuen Verbindung wird erneut eine Substanz gefunden, deren Struktur und biologische Eigenschaften längst beschrieben wurden.
Die Untersuchung bislang wenig erforschter Organismen kann diesen Effekt reduzieren. Genau hier liegt eine besondere Stärke der erweiterten Myxobakterien-Sammlung.
Faktenbox: Warum unbekannte Bakterien interessant sind
- Wenig erforschte Mikroorganismen können bislang unbekannte Stoffwechselwege besitzen.
- Neue Gencluster können auf unbekannte Naturstoffe hinweisen.
- Eine größere taxonomische Vielfalt erweitert den chemischen Suchraum.
- Genome können Wirkstoffpotenzial sichtbar machen, bevor ein Naturstoff vollständig isoliert wurde.
- Neue chemische Strukturen können Ausgangspunkte für spätere Arzneimittelforschung liefern.
Welche neuen Substanzklassen wurden gefunden?
Die Forschenden konnten nicht nur theoretisches Potenzial anhand genetischer Informationen zeigen. Nach Angaben des HZI wurden im Rahmen der Arbeiten fünf neue Substanzklassen beschrieben.
| Substanzklasse | Beobachtete beziehungsweise untersuchte Eigenschaft |
|---|---|
| Myxoquaterine | Aktivität gegen Pilze |
| Sandacrabine | Aktivität gegen Viren |
| Sandarazole | Antibakterielle Aktivität |
| Sorangibactin-Siderophore | Neue Vertreter eisenbindender Naturstoffe |
| Pyxidicycline | Neuartige Topoisomerase-Hemmer |
Diese Ergebnisse sind wissenschaftlich interessant, sollten aber medizinisch korrekt eingeordnet werden. Eine im Labor beobachtete antibakterielle, antivirale oder antifungale Aktivität bedeutet nicht, dass die jeweilige Substanz bereits als Medikament eingesetzt werden kann.
Ein Wirkstoffkandidat muss unter anderem auf Wirksamkeit, Selektivität, Toxizität, Stabilität, Aufnahme und Verteilung im Körper untersucht werden. Hinzu kommen Fragen zur Herstellung, Dosierung und möglichen Resistenzentwicklung.
Erst wenn präklinische Untersuchungen ausreichend erfolgversprechend verlaufen, kann überhaupt über klinische Studien am Menschen nachgedacht werden.
Warum sind neue Naturstoffe angesichts von Antibiotikaresistenzen wichtig?
Antibiotikaresistenzen gehören zu den großen Herausforderungen der modernen Infektionsmedizin. Bakterien können Eigenschaften entwickeln oder erwerben, durch die bisher wirksame Antibiotika ihre Wirkung teilweise oder vollständig verlieren.
Das bedeutet nicht, dass Antibiotika grundsätzlich unwirksam werden. Das Problem besteht vielmehr darin, dass bei bestimmten Erregern und Infektionen die verfügbaren Behandlungsmöglichkeiten eingeschränkt werden können.
Deshalb werden unterschiedliche Strategien verfolgt. Dazu gehören ein möglichst gezielter Einsatz vorhandener Antibiotika, bessere Diagnostik, Prävention von Infektionen und die Entwicklung neuer Wirkstoffklassen.
Neue chemische Grundstrukturen sind dabei besonders interessant. Wenn ein Molekül über einen anderen Wirkmechanismus verfügt als etablierte Antibiotika, könnte es langfristig eine neue therapeutische Möglichkeit eröffnen.
Genau deshalb ist die Suche nach bislang unbekannten Naturstoffen aus Myxobakterien mehr als reine Grundlagenforschung. Sie erweitert den Pool möglicher Ausgangspunkte für die Wirkstoffentwicklung.
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Was ist ABC-Myxo und warum werden die Forschungsdaten geteilt?
Eine weitere Besonderheit des Projekts ist die Bereitstellung der gewonnenen Informationen für andere Wissenschaftler. Das Forschungsteam stellt mit ABC-Myxo einen interaktiven webbasierten Atlas zur Verfügung.
Dieser Atlas enthält Informationen zu Genbereichen, die bei Myxobakterien an der Biosynthese von Naturstoffen beteiligt sein können. Forschende können die Daten damit für eigene wissenschaftliche Fragestellungen nutzen.
Das ist für die moderne Wirkstoffforschung wichtig. Die Entdeckung eines Naturstoffes ist häufig kein isoliertes Projekt einer einzelnen Forschungsgruppe. Bioinformatik, Mikrobiologie, Chemie, Strukturbiologie, Pharmakologie und medizinische Forschung müssen eng zusammenarbeiten.
Offen zugängliche Forschungsressourcen können diese Zusammenarbeit erleichtern. Statt dass jedes Team bei null beginnt, lassen sich vorhandene genetische Informationen analysieren, vergleichen und mit neuen Daten kombinieren.
Was passiert mit den Bakterien selbst?
Neben digitalen Informationen sind die tatsächlichen Mikroorganismen für weitere Forschung entscheidend. Laut HZI sollen die Bakterien künftig beim Leibniz-Institut DSMZ, der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen, für Forschungszwecke vorgehalten werden.
Das ist ein wichtiger Schritt, weil wissenschaftliche Sammlungen eine langfristige und standardisierte Nutzung biologischen Materials ermöglichen. Andere Forschungsgruppen können dadurch auf definierte Organismen zurückgreifen und Ergebnisse reproduzieren oder neue Fragestellungen untersuchen.
Wie funktioniert die Suche nach einem Wirkstoff in einem Bakterium?
Der Weg von einer Bodenprobe zu einem möglichen Wirkstoff ist komplex. Vereinfacht lässt er sich in mehrere Schritte unterteilen.
- Bodenprobe sammeln: Eine Probe aus einem geeigneten Lebensraum bildet den Ausgangspunkt.
- Mikroorganismen isolieren: Im Labor versuchen Forschende, einzelne Bakterienstämme aus der komplexen mikrobiellen Gemeinschaft herauszulösen.
- Bakterien charakterisieren: Die isolierten Organismen werden biologisch und taxonomisch untersucht.
- Genom sequenzieren: Die genetische Information wird entschlüsselt.
- Gencluster analysieren: Bioinformatische Verfahren suchen nach genetischen Bauplänen für Naturstoffe.
- Naturstoffe identifizieren: Interessante Verbindungen werden aus Kulturen isoliert oder ihre Produktion gezielt angeregt.
- Chemische Struktur bestimmen: Moderne analytische Methoden helfen dabei, den molekularen Aufbau zu entschlüsseln.
- Biologische Aktivität untersuchen: Die Substanz wird in geeigneten Testsystemen auf mögliche Wirkungen geprüft.
- Wirkstoffkandidaten optimieren: Interessante Ausgangsstrukturen können chemisch oder biotechnologisch verändert werden.
- Präklinische Entwicklung: Erst umfangreiche Untersuchungen können zeigen, ob eine Substanz für weitere Arzneimittelentwicklung geeignet sein könnte.
Diese vereinfachte Darstellung zeigt bereits, warum zwischen der Entdeckung eines interessanten Bakteriums und einem zugelassenen Medikament viele Jahre liegen können.
Wie können Bürgerinnen und Bürger bei der Suche nach Wirkstoffen helfen?
Besonders spannend ist das Citizen Science Projekt Microbelix. Citizen Science bedeutet, dass interessierte Bürgerinnen und Bürger aktiv an wissenschaftlichen Projekten mitwirken können.
Bei Microbelix können Teilnehmende Bodenproben aus naturnahen Gebieten sammeln und der Forschung zur Verfügung stellen. Wissenschaftler können anschließend versuchen, daraus interessante Mikroorganismen zu isolieren.
Die Projektwebseite findest du unter:
Damit bekommt der Begriff Biodiversität eine sehr praktische Bedeutung. Eine unscheinbare Bodenprobe kann eine Vielzahl unterschiedlicher Mikroorganismen enthalten. Unter ihnen könnten sich Bakterien befinden, die bislang wissenschaftlich kaum oder überhaupt nicht untersucht wurden.
Warum können unterschiedliche Böden interessant sein?
Mikrobielle Gemeinschaften werden von zahlreichen Umweltbedingungen beeinflusst. Dazu gehören unter anderem Feuchtigkeit, Temperatur, Nährstoffangebot, Vegetation und Bodenbeschaffenheit.
Unterschiedliche Lebensräume können deshalb unterschiedliche mikrobielle Gemeinschaften beherbergen. Für Forschende erhöht eine größere geografische und ökologische Vielfalt der Proben die Chance, ungewöhnliche Mikroorganismen zu entdecken.
Citizen Science kann hier eine enorme praktische Unterstützung bieten. Ein einzelnes Forschungsteam kann nur eine begrenzte Zahl von Standorten selbst beproben. Werden interessierte Menschen eingebunden, lässt sich der Suchraum erheblich erweitern.
Faktenbox: Biodiversität wird zur Forschungsressource
Eine Bodenprobe ist nicht einfach nur Erde. Sie enthält komplexe mikrobielle Gemeinschaften mit einer großen genetischen und chemischen Vielfalt. Für die pharmazeutische Forschung kann deshalb bereits die Erfassung bislang unbekannter Mikroorganismen wertvoll sein. Das bedeutet allerdings nicht, dass jede Probe oder jedes neu entdeckte Bakterium automatisch einen medizinisch nutzbaren Wirkstoff liefert.
Warum ist Genome Mining für neue Medikamente so bedeutend?
Die klassische Naturstoffforschung konzentrierte sich stark darauf, Mikroorganismen zu kultivieren und anschließend zu untersuchen, welche Stoffe sie unter den gewählten Bedingungen produzieren. Das funktioniert weiterhin, hat aber Grenzen.
Ein Bakterium besitzt möglicherweise genetische Baupläne für zahlreiche Naturstoffe, produziert diese im Labor jedoch nicht ständig. Bestimmte Gencluster können unter normalen Kulturbedingungen wenig aktiv oder sogar praktisch still sein.
Genome Mining erweitert deshalb den Blick. Statt ausschließlich danach zu fragen, welche Stoffe ein Bakterium gerade produziert, lautet die Frage zusätzlich: Welche Stoffe könnte dieser Organismus aufgrund seiner genetischen Ausstattung grundsätzlich herstellen?
Dadurch entsteht eine Art genetische Schatzkarte.
Finden Bioinformatiker einen ungewöhnlichen Gencluster, können Forschende anschließend versuchen herauszufinden, welches Molekül damit produziert wird. Unter Umständen lassen sich Kulturbedingungen verändern oder molekularbiologische Methoden einsetzen, um den entsprechenden Biosyntheseweg genauer zu untersuchen.
Die Kombination aus Biodiversitätsforschung, Genomsequenzierung und Naturstoffchemie schafft dadurch einen wesentlich größeren Suchraum als eine rein klassische Untersuchung.
Was bedeutet die Entdeckung für die Entwicklung neuer Antibiotika?
Die aktuelle Arbeit liefert vor allem eine erweiterte Forschungsplattform. Das ist ein entscheidender Unterschied zur Meldung über ein unmittelbar verfügbares neues Antibiotikum.
Die Forschenden haben eine außergewöhnlich große biologische und genetische Ressource geschaffen. Daraus können in den kommenden Jahren zahlreiche weitere Forschungsprojekte entstehen.
Besonders interessant sind Gencluster, die sich deutlich von bekannten Biosynthesewegen unterscheiden. Sie könnten Moleküle hervorbringen, deren chemische Strukturen bislang unbekannt sind.
Für die Antibiotikaforschung ist das attraktiv, weil strukturell neue Moleküle möglicherweise auch neue biologische Angriffspunkte besitzen. Ob daraus tatsächlich ein klinisch brauchbares Antibiotikum entsteht, muss für jeden Kandidaten einzeln untersucht werden.
Warum scheitern viele Wirkstoffkandidaten?
Eine starke Wirkung im Labor allein reicht für ein Medikament nicht aus. Ein Stoff kann beispielsweise Bakterien sehr effektiv hemmen, gleichzeitig aber menschliche Zellen schädigen. Ein anderer Kandidat könnte im Körper zu schnell abgebaut werden oder den gewünschten Wirkort nicht in ausreichender Konzentration erreichen.
Weitere mögliche Probleme sind eine schlechte Löslichkeit, ungünstige Stoffwechseleigenschaften oder Schwierigkeiten bei der Herstellung.
Die pharmazeutische Entwicklung versucht deshalb nicht einfach den stärksten Stoff zu finden. Gesucht wird ein möglichst ausgewogenes Gesamtprofil aus Wirksamkeit, Selektivität, Sicherheit und geeigneten pharmakologischen Eigenschaften.
Genau deshalb sind große und vielfältige Naturstoffsammlungen wertvoll. Je größer die Auswahl unterschiedlicher Ausgangsstrukturen ist, desto größer kann die Chance sein, Kandidaten mit günstigen Eigenschaften zu identifizieren.
Ist der Schutz der Biodiversität damit auch medizinisch relevant?
Die Studie verdeutlicht einen Zusammenhang, der bei Diskussionen über Biodiversität gelegentlich unterschätzt wird. Artenvielfalt besitzt nicht nur einen ökologischen Wert. Biologische Vielfalt kann gleichzeitig eine wissenschaftliche Ressource darstellen.
Ein bislang unbekannter Mikroorganismus kann Gene enthalten, die für die Herstellung einer ebenfalls unbekannten chemischen Verbindung verantwortlich sind. Geht ein Lebensraum verloren, bevor seine mikrobielle Vielfalt überhaupt untersucht wurde, könnten damit auch wissenschaftlich interessante Organismen verschwinden.
Das bedeutet nicht, dass sich der Wert eines Ökosystems ausschließlich daran messen sollte, ob darin ein zukünftiges Medikament gefunden werden könnte. Biodiversität erfüllt zahlreiche ökologische Funktionen und besitzt einen eigenständigen Wert.
Die pharmazeutische Perspektive liefert aber ein zusätzliches Argument dafür, biologische Vielfalt wissenschaftlich zu erfassen und zugänglich zu machen.
Welche medizinischen Grenzen müssen bei der Meldung beachtet werden?
Begriffe wie „neue Medikamente“ können schnell den Eindruck vermitteln, unmittelbar stünden neue Therapien zur Verfügung. Das wäre bei dieser Forschung eine zu weitgehende Interpretation.
Die beschriebenen Naturstoffe und genetischen Biosynthesewege sind zunächst Forschungsgegenstände. Selbst wenn eine Substanz in experimentellen Untersuchungen antibakterielle, antivirale oder antifungale Eigenschaften zeigt, lässt sich daraus keine Aussage über eine therapeutische Wirksamkeit beim Menschen ableiten.
Vor einer möglichen medizinischen Anwendung wären unter anderem notwendig:
- umfangreiche pharmakologische Untersuchungen,
- toxikologische Prüfungen,
- Untersuchungen zur Wirkweise,
- Bestimmung geeigneter Dosierungen,
- Analyse von Aufnahme, Verteilung und Abbau,
- präklinische Sicherheitsprüfungen,
- mehrere Phasen klinischer Studien,
- eine behördliche Bewertung und Zulassung.
Die aktuelle Studie sollte deshalb vor allem als Erweiterung der wissenschaftlichen Ausgangsbasis verstanden werden. Sie liefert neue Organismen, Genomdaten und chemische Strukturen, aus denen sich weitere Forschungsansätze entwickeln können.
Was macht die Studie wissenschaftlich besonders interessant?
Bemerkenswert ist vor allem die Kombination verschiedener Ebenen. Es geht nicht lediglich um die Entdeckung einer einzelnen neuen Substanz. Die Forschenden haben die taxonomische Vielfalt einer ganzen Bakteriengruppe erweitert, Genome sequenziert, biosynthetisches Potenzial analysiert, neue Naturstoffe untersucht und die entstandenen Ressourcen für weitere Forschung zugänglich gemacht.
Damit entsteht eine Infrastruktur, die über eine einzelne Veröffentlichung hinaus relevant bleiben kann.
Andere Forschungsgruppen können beispielsweise bestimmte Gencluster genauer analysieren, Naturstoffe charakterisieren oder biologische Wirkmechanismen untersuchen. Auch computergestützte Methoden können von umfangreichen und gut charakterisierten Genomdaten profitieren.
Die Originalpublikation von Amay Ajaykumar Agrawal, Ronald Garcia, Guangyi Chen und zahlreichen weiteren beteiligten Forschenden erschien 2026 unter dem Titel „Unveiling the Taxonomic Diversity and Unprecedented Biosynthetic Treasure of the Phylum Myxococcota“ in der Fachzeitschrift Advanced Science.
Originalpublikation:
http://doi.org/10.1002/advs.76919
Welche Bedeutung hat die Forschung langfristig?
Die vielleicht wichtigste Erkenntnis liegt weniger in einer einzelnen Substanz als in der Größe des neu erschlossenen biologischen Suchraums.
118 neue Myxobakterien und ihre Genomsequenzen können Ausgangspunkt für zahlreiche weitere Untersuchungen sein. Wenn praktisch jedes untersuchte Genom mehrere bislang unbekannte Biosynthesewege enthält, entsteht daraus ein umfangreicher Katalog möglicher Forschungsziele.
Moderne Wirkstoffforschung funktioniert zunehmend datengetrieben. Genomsequenzen können mit Datenbanken verglichen, Biosynthesewege vorhergesagt und besonders ungewöhnliche Kandidaten priorisiert werden. Chemische Analytik kann anschließend überprüfen, welche Moleküle tatsächlich entstehen.
Damit verändert sich auch die Suche nach Naturstoffen. Forschende müssen nicht mehr ausschließlich zufällig darauf hoffen, in einer Kultur eine interessante Verbindung zu entdecken. Genetische Informationen können ihnen Hinweise darauf geben, wo sich eine genauere Suche besonders lohnen könnte.
Welche Vor- und Nachteile hat die Suche nach Naturstoffen aus Myxobakterien?
| Vorteile | Herausforderungen |
|---|---|
| Große chemische Vielfalt | Viele Substanzen sind schwierig zu isolieren |
| Bislang wenig untersuchte Organismen | Kultivierung kann anspruchsvoll sein |
| Zahlreiche unbekannte Gencluster | Genetisches Potenzial bedeutet nicht automatisch nutzbare Produktion |
| Neue chemische Grundstrukturen möglich | Medikamentenentwicklung dauert lange |
| Genome ermöglichen gezielte Suche | Viele Kandidaten scheitern während der Entwicklung |
| Internationale Nutzung der Daten möglich | Hoher Forschungsaufwand bis zur klinischen Anwendung |
Welche Fragen zur Biodiversität und Medikamentenentwicklung sind besonders wichtig?
Sind die fünf entdeckten Substanzklassen bereits Medikamente?
Nein. Es handelt sich um wissenschaftlich interessante Naturstoffe beziehungsweise Substanzklassen. Eine biologische Aktivität im Labor ist noch keine Zulassung als Arzneimittel. Bis zu einem möglichen Medikament wären umfangreiche präklinische und klinische Untersuchungen notwendig.
Können Myxobakterien neue Antibiotika liefern?
Myxobakterien produzieren zahlreiche bioaktive Naturstoffe und gelten deshalb als interessante Quelle für neue Wirkstoffkandidaten. Ob eine neu entdeckte Verbindung tatsächlich zu einem Antibiotikum entwickelt werden kann, hängt jedoch von vielen pharmakologischen und medizinischen Faktoren ab.
Warum werden unbekannte Bakterien bevorzugt untersucht?
Bei intensiv erforschten Mikroorganismen steigt die Wahrscheinlichkeit, bereits bekannte Naturstoffe erneut zu finden. Bislang wenig untersuchte Bakterien können dagegen unbekannte Biosynthesewege und damit möglicherweise neue chemische Strukturen besitzen.
Was ist ein biosynthetischer Gencluster?
Dabei handelt es sich vereinfacht um eine Gruppe von Genen, deren Produkte gemeinsam an der Herstellung eines bestimmten Naturstoffes beteiligt sind. Durch die Analyse solcher Gencluster können Forschende das chemische Potenzial eines Mikroorganismus abschätzen.
Was bedeutet Genome Mining?
Genome Mining bezeichnet die computergestützte Suche in genetischen Daten nach Genen oder Genclustern, die auf interessante Stoffwechselwege und Naturstoffe hinweisen. Die Methode hilft dabei, besonders vielversprechende Organismen und Biosynthesewege gezielt auszuwählen.
Kann man selbst an der Forschung teilnehmen?
Ja. Über das Citizen Science Projekt Microbelix können Interessierte Bodenproben sammeln und damit die Erforschung mikrobieller Vielfalt unterstützen. Informationen zur Teilnahme gibt es auf www.microbelix.de.
Warum sind Bodenbakterien für die Medizin überhaupt interessant?
Boden ist ein Lebensraum mit intensiver biologischer Konkurrenz. Mikroorganismen produzieren zahlreiche chemische Verbindungen, um mit ihrer Umwelt und anderen Organismen zu interagieren. Einige dieser Moleküle besitzen Eigenschaften, die für die pharmazeutische Forschung interessant sein können.
Hilft mehr Biodiversität automatisch bei der Entwicklung neuer Medikamente?
Nicht automatisch. Größere Biodiversität erweitert zunächst den biologischen und chemischen Suchraum. Dadurch steigt die Zahl möglicher Ausgangspunkte für die Forschung. Ob daraus tatsächlich ein geeigneter Wirkstoff und später ein zugelassenes Medikament entsteht, muss anschließend für jeden Kandidaten einzeln geprüft werden.
Was lässt sich aus der Studie über Biodiversität und neue Medikamente lernen?
Die Forschung des HIPS zeigt eindrucksvoll, dass biologische Vielfalt weit über das hinausgeht, was wir unmittelbar sehen können. Unter unseren Füßen existiert eine enorme mikrobielle Welt, deren genetische und chemische Möglichkeiten erst zu einem kleinen Teil erschlossen sind.
Die Untersuchung von 118 neuen Myxobakterien hat die bekannte Vielfalt dieser Bakteriengruppe erheblich erweitert. Statt elf Familien und 32 Gattungen umfasst die untersuchte Vielfalt nun 28 Familien und 90 Gattungen. Gleichzeitig wurden die Genome der neuen Vertreter sequenziert und zahlreiche bislang unbekannte genetische Baupläne für Naturstoffe identifiziert.
Mit Myxoquaterinen, Sandacrabinen, Sandarazolen, neuen Sorangibactin-Siderophoren und Pyxidicyclinen konnten die Forschenden zudem zeigen, dass diese genetische Vielfalt tatsächlich mit bislang unbekannter chemischer Vielfalt verbunden sein kann.
Gerade angesichts zunehmender Antibiotikaresistenzen ist ein möglichst großer Pool neuer chemischer Ausgangsstrukturen wichtig. Die Studie liefert allerdings keine fertigen Medikamente. Sie schafft vielmehr eine umfangreiche Grundlage, auf der zukünftige Wirkstoffforschung aufbauen kann.
Besonders positiv ist dabei der offene Forschungsansatz. Über ABC-Myxo werden genetische Informationen international zugänglich gemacht, während die Bakterienstämme langfristig für Forschungszwecke verfügbar sein sollen. Gleichzeitig ermöglicht Microbelix auch Bürgerinnen und Bürgern, durch das Sammeln von Bodenproben zur Erweiterung der mikrobiellen Vielfalt beizutragen.
Zusammenfassung
Mikrobielle Biodiversität kann eine wertvolle Grundlage für die Suche nach neuen Wirkstoffen sein. Die aktuelle Forschung an Myxobakterien erweitert den bekannten biologischen und genetischen Suchraum erheblich. Besonders wichtig sind die zahlreichen bislang unbekannten Biosynthesewege, die Hinweise auf neue Naturstoffe liefern. Fünf neu beschriebene Substanzklassen unterstreichen das Potenzial dieses Ansatzes. Von einem Naturstoff bis zu einem zugelassenen Medikament bleibt allerdings ein langer wissenschaftlicher und regulatorischer Weg.
Weitere Informationen und Quellen:
Pressemitteilung des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung:
https://www.helmholtz-hzi.de/media-center/newsroom/news-detailseite/biodiversitaet-als-grundlage-fuer-neue-medikamente
Originalpublikation:
Amay Ajaykumar Agrawal, Ronald Garcia, Guangyi Chen, Chantal D. Bader, Peter Sullivan, Alexander Popoff, Daniel Krug, Maja Hunter, Sebastian Walesch, Emilia Oueis, Christine Frank, Haowen Zhao, Joachim J. Hug, Sebastian Keller, Pascal Hirsch, Azat Tagirdzhanov, Tatiana Malygina, Mary Victory E. Gutierrez, Alexey Gurevich, Judith Boldt, Boyke Bunk, Jörg Overmann, Ulrich Nübel, Andreas Keller, Olga V. Kalinina, Rolf Müller: Unveiling the Taxonomic Diversity and Unprecedented Biosynthetic Treasure of the Phylum Myxococcota. Advanced Science, 2026.
http://doi.org/10.1002/advs.76919
Citizen Science Projekt Microbelix:
https://www.microbelix.de
Medizinischer Hinweis: Dieser Artikel dient ausschließlich der allgemeinen Information über wissenschaftliche Forschung. Die beschriebenen Naturstoffe und Wirkstoffkandidaten sind nicht automatisch zugelassene Arzneimittel und die dargestellten Forschungsergebnisse stellen keine Empfehlung zur Behandlung oder Vorbeugung von Erkrankungen dar. Medizinische Entscheidungen sollten immer mit entsprechend qualifizierten Ärztinnen, Ärzten oder anderen medizinischen Fachpersonen besprochen werden.
Quelle / Infos / Pressemitteilung: https://idw-online.de/de/news875795 und https://www.helmholtz-hzi.de/media-center/newsroom/news-detailseite/biodiversitaet-als-grundlage-fuer-neue-medikamente
Michael Färber beschäftigt sich seit 2018 intensiv mit Cannabis, Hanf und CBD. Er absolvierte den Master of Cannabis Industry sowie die Ausbildung zum ACM-zertifizierten Berater für Medikamente auf Cannabisbasis. Dieser Artikel wurde von ihm redaktionell erstellt und geprüft und basiert auf eigener Recherche, Pressemitteilungen, aktuellen News, wissenschaftlichen Studien, langjähriger Erfahrung sowie modernen Recherche- und Textwerkzeugen. Weitere Informationen findest du hier: Autorenvorstellung von Michael Färber
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