Malacidine – eine neue Klasse von Antibiotika aus dem Boden

Mit molekulargenetischen Methoden lassen sich neuartige Antibiotika von Bodenbakterien aufspüren, ohne die Mikroben zuvor anzüchten zu müssen
Aus Bodenbakterien isolierte DNA hilft bei der Suche nach neuen Antibiotika.
Aus Bodenbakterien isolierte DNA hilft bei der Suche nach neuen Antibiotika.
© qimono / pixabay.com, CC0 1.0 Universell (CC0 1.0), https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/deed.de
New York (USA) - Die Methode war ungewöhnlich, aber sehr erfolgreich: Bei der Suche nach neuen Antibiotika, die von Bodenbakterien produziert werden, verzichteten amerikanische Biologen darauf, die Mikroben zunächst anzuzüchten, wie es sonst üblich ist. Statt der Bakterien isolierten sie nur die bakterielle DNA aus Bodenproben. Aufgrund bestimmter Merkmale fischten sie dann die DNA-Bruchstücke heraus, die Gene zur Produktion einer bestimmten Klasse von Antibiotika trugen. Der Einbau eines solchen Gens in das Erbgut eines Bakteriums führte zur Produktion eines hochwirksamen Antibiotikums. Das sogenannte Malacidin tötete auch multiresistente Staphylokokken ab und bewirkte bei anderen Bakterien keine Resistenzbildung, berichten die Forscher im Fachblatt „Nature Microbiology“. Aus welcher Bakterienart der neue Wirkstoff eigentlich stammt, ist noch unbekannt.

„Die Malacidine zeigten eine starke antibakterielle Aktivität gegenüber grampositiven Erregern, die gegen klinisch eingesetzte Antibiotika bereits resistent waren“, schreiben die Wissenschaftler um Sean Brady von der Rockefeller University in New York. Immer häufiger kommt es zu Infektionen durch Bakterien, gegen die die meisten derzeit verfügbaren Antibiotika unwirksam geworden sind. Daher benötigt man dringend Medikamente mit neuartigen Wirkprinzipien, gegen die Bakterien keine Abwehrmechanismen entwickeln können. Die Forscher gingen davon aus, dass es in der Umwelt noch zahlreiche unbekannte Bakterienarten gibt, die solche Antibiotika gegen Konkurrenten freisetzen, aber in Laborkulturen nicht wachsen. Um derartige Wirkstoffe aufzuspüren, entwickelten sie daher ein molekulargenetisches Screening, das nicht auf die Kultivierung der Mikroben angewiesen ist.

Die Wissenschaftler konzentrierten ihre Suche auf eine spezielle Gruppe von Antibiotika, deren Wirkung von Kalziumionen abhängt. Dazu zählen die zyklischen Lipopeptide, deren Molekülstruktur einen typischen kalziumbindenden Bereich aufweist. Zu dieser Wirkstoffgruppe gehört das bereits klinisch eingesetzte Daptomycin, das auch gegen multiresistente Staphylococcus aureus-Bakterien (MRSA) wirksam ist. Die Forscher suchten zunächst nach bakteriellen Genen, deren DNA-Sequenzen auf solche Wirkstoffe hinweisen. Aus mehr als 2000 Bodenproben von unterschiedlichen Regionen der USA isolierten sie jeweils die gesamte darin enthaltene DNA und konnten in zahlreichen Proben Bruchstücke der gesuchten Gene nachweisen.

Drei Genfragmente aus der DNA eines Wüstenbodens setzten sie zu einem vollständigen Gen zusammen und übertrugen es in die Zellen einer Laborkultur von Streptomyces albus-Bakterien. Diese Streptomyceten setzten dann ein Malacidin A genanntes Lipopeptid in die Nährlösung frei. Die Substanz unterschied sich in ihrer Molekülstruktur deutlich von den bekannten zyklischen Lipopeptiden, so dass die Wissenschaftler ihren Wirkstoff als Vertreter einer neuen Stoffgruppe, der Malacidine, bezeichneten. Das neue Antibiotikum war wirksam gegen Staphylokokken und andere grampositive Keime, auch wenn sie multiresistent waren. Es erwies sich im Tierversuch als äußerst effektiv bei der lokalen Behandlung einer mit MRSA infizierten Wunde, wobei keine zellschädigenden Nebenwirkungen auftraten. Laborversuche zur Erzeugung von Malacidin-resistenten Staphylokokken blieben ohne Erfolg. Die Wirkung der Malacidine beruht auf der Blockierung eines Schrittes beim Bau der Zellwand. Die Forscher vermuten, dass es zahlreiche nicht kultivierbare Arten von Bodenbakterien gibt, die unterschiedliche Varianten des neuen Wirkstoffs produzieren. Diese könnten mit dem automatisierten Screeningverfahren entdeckt und einige davon zu neuen Antibiotika weiterentwickelt werden.

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