Neue Waffen im Kampf gegen Mikroben
NAM analysierte antimikrobielle Peptide (AMPs), die von allen höheren Organismen produziert werden, sowie sekundäre Stoffwechselprodukte aus pflanzlichen Mikroben, so genannten Endophyten. Endophyten leben im Innern von Pflanzen und versorgen ihren Wirt mit bioaktiven Substanzen, die ihn vor Krankheitserregern schützen und sich daher möglicherweise zur Herstellung neuer Antibiotika nutzen lassen. Entwickelt wurden von den Projektpartnern Methoden für das Isolieren und Screening von endophytischen Pilzen. Die höchste Konzentration an bioaktiven Pilzen, die gegen das Bakterium Staphylococcus aureus wirksam sind, fand sich in Gräsern, Fichten und Kiefern. Da die Kultivierung endophytischer Mikroorganismen unter Laborbedingungen schwierig ist, sollten mittels genetischer Methoden aktive Substanzen im Pflanzeninneren erschlossen werden. Identifiziert wurden ein antibakterielles Protein und mehrere AMP aus Endophyten der Krähenbeere (Empetrum nigrum), des Sumpfporsts (Rhododendron tomentosum) und der Schottischen Kiefer (Pinus sylvestris). Untersucht wurden aber nicht nur AMP aus Endophyten, sondern auch aus anderen Bakterien und Pilzen sowie aus Molekülen, die Tiere für ihre Immunabwehr produzieren. Viele AMP tierischen Ursprungs sind in der Lage, Pathogene direkt zu inaktivieren und gleichzeitig das Immunsystem zu aktivieren und zu stärken. Schwerpunkt waren dabei verschiedene Klassen von AMPs, vor allem jene mit einer Breitspektrumaktivität gegen die mikrobielle Membran und selektiver Aktivität gegen gramnegative Bakterien. Die einzelnen Klassen umfassten Cathelizidine und Beta-Defensine tierischen Ursprungs, Defensine (Plectasin) aus Pilzen und bakterielle Lantibiotika. Cathelizidine als wichtige AMP-Familie sind in allen Wirbeltieren zu finden. Eine detaillierte Studie untersuchte die antibakterielle Wirkung von Beta-Defensin 3, das von menschlichen Epithelzellen und weißen Blutzellen (Neutrophilen) produziert wird, an Lipid-II-reiche Stellen bindet und damit die zytoplasmatische Membran der Mikrobe angreift. Bei der Behandlung von Staphylokokken-Zellen mit hBD3 (humanes Beta-Defensin 3) zeigte sich, dass die Hemmung der Zellwandsynthese ein entscheidender Faktor für die Eliminierung des Bakteriums sein könnte. Identifiziert wurde auch der Signalweg für Plectasin bei der Zellwandsynthese. Plectasin weist eine noch größere Affinität zu Lipid II auf als hBD3. Dieser Mechanismus ist auch in bakteriellen Lantibiotika zu finden und könnte ein wichtiger Hinweis zur Wirkungsweise unterschiedlicher Klassen von AMP aus Mikroorganismen bis hin zu AMP aus Wirbeltieren sein. Da natürliche antimikrobielle Substanzen verschiedenster Herkunft die gleiche Zielstruktur angreifen (Lipid II), zeigte die Forschungsarbeit von NAM, dass der gleiche Signalweg auch bei der Biosynthese der Zellwand von Staphylococcus aureus gestört wird. Dieses Wissen ist von großer Bedeutung für die künftige Antibiotikaforschung und die Identifizierung entsprechender Zielstrukturen.
