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Increasing Value and Flow in the Marine Biodiscovery Pipeline

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Biologische Entdeckungen im Meer unterstützen Streben nach neuen Behandlungen

Angeachtet des riesigen Potenzials, einzigartige chemischen Verbindungen ernten zu können, bleiben die Ozeane der Welt bislang weitgehend unterforscht. Das von der EU finanzierte PHARMASEA-Projekt will einige dieser wunderbaren enormen Bioresquellen zugänglich machen, indem man die Barrieren überwindet, die ihrer Verwertung im Wege stehen.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Wie aus deutlichen Aufrufen wie etwa der 10 x 20-Initiative der Infectious Diseases Society of America nach zehn neuen Antibiotika bis 2020 ersichtlich ist, gibt es das weithin anerkannte Erfordernis, neue Medikamente zu beschaffen. Die Fortschritte in Erkundungen und Analysen aus jüngster Zeit verdeutlichen, dass extreme Umgebungen, von denen man annahm, dass sie für das Leben unzugänglich sind, reichhaltige Lebensräume für ganz neue bioaktive Gemeinschaften sind. Ungeachtet der großen Versprechen der Tiefen der Weltmeere muss jedoch realistisch betrachtet werden, dass Präparaten aus dem Meer etliche Entwicklungshürden im Wege stehen. Dazu zählen Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Zugang (real und juristisch), der Biologie (Wissen über Genetik und Isolierung der Verbindungen) sowie der Verwertung (Pipeline-Engpässe). Dem EU-finanzierten PHARMASEA-Projekt gelang die Entwicklung einer robusten Pipeline, die in der Lage ist, mikrobielle Meeresgenome aus von den Partnern erstellten Stammsammlungen und neuen, in extremen Umgebungen (Habitate rund um kalte und heiße Schlote in der Tiefsee) gewonnenen Stammsammlungen zu verarbeiten. Das Projekt isolierte Verbindungen mit Eigenschaften, die für etliche Marktsektoren einschließlich des Gesundheitswesens wünschenswert sind, wobei das Team Produkte zur Behandlung von Infektions- und Entzündungskrankheiten sowie Erkrankungen des Zentralnervensystems (ZNS) entwickelte. PHARMASEA gelang es, Verbindungen mit nachweisbaren antiepileptischen und gegen Alzheimer wirkenden Eigenschaften zu erschaffen. Tiefseegräben nach neuen Mikroorganismen durchsuchen Der Leitgedanke von PHARMASEA war schlicht, dass einzigartige und/oder extreme Umgebungen mit großer Wahrscheinlichkeit neue Arten von Mikroorganismen als Produkte verschiedener Wege der Evolution hervorbringen. Projektkoordinator Professor Marcel Jaspars erklärt dazu: „Wir haben uns insbesondere für die Tiefsee und die Polarregionen entschieden und glauben, dass sich gerade dort eine einzigartige biologische Vielfalt bildet, die eine ungewöhnlich biologisch aktive Chemie entstehen lässt. Diese Hypothese hat sich als richtig erwiesen.“ Da bislang so wenig von dieser extremen Umgebung erforscht wurde, bestand die erste Aufgabe des Teams darin, Zugang zu dieser Welt zu bekommen. In Zusammenarbeit mit EUROFLEETS II, der EU-finanzierten Meeresforschungs-Kooperationsinitiative, und dem „PharmaDEEP“-Kreuzer gelang es dem Team, Proben aus der Tiefsee und der Polarsee aus dem South Shetland Trough an den Südlichen Shetlandinseln in der Antarktis zu bekommen. Zur Untersuchung dieses Sediments erläutert Professor Jaspars: „Wir setzten mikrobiologische Verfahren zur Isolierung einzelner Mikroorganismenstämme ein, die dann unter besonderen Bedingungen wuchsen. Im Folgenden verwendeten wir Abscheidetechniken, um die von ihnen produzierten chemischen Stoffe zu isolieren, und bewerteten deren Neuheit und Vielfalt unter Nutzung eines technisch ausgereiften Datenbankansatzes, der im Verlauf von PHARMASEA entwickelt wurde. Gleichzeitig haben wir die biologische Aktivität der Materialien erprobt und deren biosynthetisches Potenzial durch Genomscanning beurteilt. Jenen, deren Chemie, Bioaktivität und Genetik positiv ausfiel, wurde Priorität in Bezug auf Isolierung und strukturelle Charakterisierung eingeräumt.“ Um die Entdeckung der chemischen Neuheit zu beschleunigen, wandte das Team Chemometrik, Data-Mining und computergestützte Strukturaufklärung ein. PHARMASEA-Datenbanken und Dereplikationsinstrumente wurden dazu verwendet, um außerdem bekannte Verbindungen zu ermitteln, unbekannte Verbindungen genau zu bestimmen und den komplexen Prozess der Klärung von deren Struktur zu beschleunigen. Dank innovativer Assays und Counterscreens wurden überdies neue Verbindungen mit neuartigen Wirkmechanismen aufgedeckt. PHARMASEA konnte mit Erfolg fünf aus dem Meer stammende Verbindungen herstellen, die zu Tiermodellen von ZNS-Erkrankungen weiterentwickelt wurden. Zwei ungiftige Verbindungen mit wirkstoffähnlichen Eigenschaften, die von einem Meeresschwamm abgeleitet wurden, zeigten in einem Alzheimer-Verhaltensmodell positive Resultate einschließlich weniger Entzündungen, die dieser Krankheit vorausgehen können. Unter Einsatz eines Zebrafischmodells konnten man bei drei Verbindungen zur Behandlung von Epilepsie bis hin zu Tierversuchen vorankommen, wobei sie sich wiederum als wirkstoffähnlich und ungiftig erwiesen. Zwei von diesen aus einem Meerpilz gewonnenen Verbindungen verringerten im Goldstandard-Tiermodell für Epilepsie merklich die Anfälle. Politik beeinflussen und Wirtschaftsleistung steigern Gegenwärtig führt das Team weitere, auf klinische Studien am Menschen hinarbeitende Versuche mit den Epilepsie-Verbindungen durch. Zur Behandlung von Alzheimer wird das Team aktive Analoga patentieren lassen und sie im Rahmen einer EU-USA-Partnerschaft weiterentwickeln. So kommt Professor Jaspars zu dem Schluss: „In Hinsicht auf die sogenannte ‘Blaue Wirtschaft’ haben wir nachgewiesen, dass Materialien aus den Tiefen der Ozeane und den Polarmeeren hochwertige chemische Stoffe enthalten können. Mit seiner Mitwirkung am europäischen technologischen Know-how in Form dieser interdisziplinären Fortschritte trägt PHARMASEA dazu bei, die Kompetenz der Region unter Beweis zu stellen.“ Will man jedoch die Engpässe in der Pipeline der Entdeckungen auf biologischen Gebiet beseitigen, sind auch politische Lösungen erforderlich.Um den Zugang zu Meeres-Bioressourcen in verschiedenen Habitaten und Zuständigkeitsbereichen zu verbessern und dabei eine gerechte Aufteilung der Nutzung zu fördern, arbeitete PHARMASEA mit einem Spektrum an politischen Entscheidungsträgern aus der UNO, der EU und nationalen Blöcken wie beispielsweise der Afrikanischen Union zusammen. PHARMASEA konnte basierend auf der wissenschaftlichen Kompetenz des Projekts zu bewährten Praktiken Politikoptionen für den UN-Vorbereitungsausschuss für nachhaltige Nutzung der biologischen Vielfalt der Meere in Gebieten außerhalb nationaler Hoheitsgewalt anbieten.

Schlüsselbegriffe

PHARMASEA, Bioressourcen, neue Medikamente, extreme Umgebungen, bioaktive Verbindungen, Mikroorganismen, epileptisch, Alzheimer, Mikrobiologie, Genom-Scanning, biologische Vielfalt der Meere, Blaue Wirtschaft, Blue Economy, Chemometrik

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