Korallen-Antibio­tikum gegen Tuberkulose

Hornko­rallen der Art Antil­logorgia elisa­bethae produ­zieren antibio­tisch wirksame Natur­stoffe. Einem Forschungsteam der TUM ist es gelungen, einen dieser Stoffe nachhaltig im Labor zu produ­zieren. Foto: Thomas Brück / TUM

Korallen-Antibio­tikum gegen Tuberkulose

Vor 17 Jahren sah Thomas Brück bei einem Tauchgang auf den Bahamas zum ersten Mal die Hornko­ralle Antil­logorgia elisa­bethae. Er erinnert sich noch genau an diese Begegnung in 18 Metern Wasser­tiefe: »Ihre polypen­be­deckten, violetten Veräs­te­lungen bewegten sich sanft in der Strömung. Ein faszi­nie­rendes Lebewesen!« Da es zudem verschiedene biolo­gisch aktive Substanzen enthält, erforscht der Bioche­miker seitdem die Biosyn­these der Wirkstoffe dieser Weichkoralle.

Hornko­rallen stehen unter Schutz, trotzdem ist ihr Bestand in Gefahr. Der Verkauf der Korallen ist ein lukra­tives Geschäft, denn diese enthalten verschiedene Wirkstoffe, darunter ein entzün­dungs­hem­mendes Molekül namens Pseudop­te­rosin, das seit Jahren in der Kosme­tik­in­dustrie verwendet wird.

»Koral­len­riffe speichern das Klimagas Kohlen­dioxid und schaffen eine sehr hohe Biodi­ver­sität. Wenn wir die Riffe der Welt schützen wollen, müssen wir solche biolo­gisch aktiven Natur­stoffe, die medizi­nisch nutzbare Aktivi­täten besitzen, auf nachhaltige Weise herstellen«, davon ist Brück überzeugt.

Natür­liches Antibio­tikum aus dem biotech­no­lo­gi­schen Labor

Zusammen mit seinem Team am Werner Siemens-Lehrstuhl für Synthe­tische Biotech­no­logie ist es ihm jetzt erstmals gelungen, einen der Wirkstoffe der Hornko­ralle im Labor herzu­stellen – ohne dass dafür ein einziger Riffbe­wohner sterben musste. Das Molekül »Erogor­giaene« ist ein Antibio­tikum. Erste Bioak­ti­vi­täts­tests zeigen, dass es geeignet ist, um multi­re­sis­tente Tuber­kulose-Erreger zu bekämpfen.

Bislang war an einen Einsatz des Wirkstoffs kaum zu denken: Die Hornko­ralle enthält nur extrem geringe Mengen Erogor­giaene und steht zudem unter Schutz – sie als Rohstoff­quelle zu nutzen wäre weder wirtschaftlich sinnvoll noch ökolo­gisch vertretbar. Die Herstellung mit klassi­schen chemi­schen Verfahren ist zwar möglich, aber aufwändig und verbunden mit toxischen Abfällen. Ein Kilo des Wirkstoffs würde um die 21.000 Euro kosten.

Nachhaltige Biotech­no­logie lässt die Herstel­lungs­kosten sinken

»Mit biotech­no­lo­gi­schen Methoden jedoch lässt sich Erogor­giaene schneller, umwelt­freund­licher und erheblich günstiger herstellen. Die Produk­ti­ons­kosten pro Kilo würden mit diesem Verfahren nur noch bei etwa 9.000 Euro liegen«, betont Brück.

Das neue Verfahren, das er zusammen mit Kollegen aus Berlin, Kanada und Australien entwi­ckelt hat, besteht aus nur zwei Schritten: Die Haupt­arbeit machen gentech­nisch optimierte Kolibak­terien, die sich von Glycerin ernähren – einem Reststoff aus der Biodiesel-Produktion.

Die Kolibak­terien produ­zieren ein Molekül, das sich dann mit Hilfe von Enzymen in den gewünschten Wirkstoff verwandeln lässt. Dabei entsteht kein Abfall, da alle Neben­pro­dukte in einem geschlos­senen Kreislauf wieder­ver­wendet werden können. Das innovative Verfahren wurde mittler­weile zum Patent angemeldet.

Wirkstoff­ent­wicklung nach dem Vorbild der Natur

»Die neue Techno­lo­gie­plattform zur Produktion von Natur­stoffen mit Hilfe biotech­no­lo­gi­scher Verfahren erfüllt sämtliche 12 Kriterien der Grünen Chemie«, sagt Thomas Brück. »Außerdem erfüllt sie vier der UN-Nachhal­tig­keits­ziele: Gesundes Leben für alle, Bekämpfung des Klima­wandels und seiner Auswir­kungen, Bewahrung und nachhaltige Nutzung der Ozeane und der Meeres-Ressourcen sowie Bewahrung des Lebens an Land.«

Inzwi­schen arbeitet das Forschungsteam bereits an der biotech­no­lo­gi­schen Herstellung eines weiteren Korallen-Wirkstoffs: Nach dem Vorbild der Natur soll das Molekül Erogor­giaene im Labor in den Wirkstoff Pseudop­ter­opsin umgewandelt werden.

Auf den setzen Mediziner große Hoffnung: Klinische Studien haben gezeigt, dass Pseudop­ter­opsin durch einen neuen Wirkme­cha­nismus Entzün­dungen hemmt. Damit ist es poten­tiell ein Kandidat für die Therapie von überschie­ßenden Immun­re­ak­tionen, beispiels­weise bei Infek­tionen durch Viren wie Covid-19, aber auch von alters­be­dingten chroni­schen Entzündungen.

Origi­nal­pu­bli­kation:

Marion Ringel, Markus Reinbold, Max Hirte, Martina Haack, Claudia Huber, Wolfgang Eisen­reich, Mahmoud A. Masri, Gerhard Schenk, Luke W. Guddat, Bernhard Loll, Russell Kerr, Daniel Garbe und Thomas Brück:

Towards a sustainable generation of pseudop­te­rosin-type bioactives

Green Chemistry, July 20, 2020 – DOI: 10.1039/D0GC01697G

Textquelle: Dr. Andreas Battenberg, Technische Univer­sität München

Bildquelle: Hornko­rallen der Art Antil­logorgia elisa­bethae produ­zieren antibio­tisch wirksame Natur­stoffe. Einem Forschungsteam der TUM ist es gelungen, einen dieser Stoffe nachhaltig im Labor zu produ­zieren. Foto: Thomas Brück / TUM