Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

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Naturstoffe aus Cyanobakterien

Cyanobakterien sind eine wenig untersuchte Quelle von chemisch hoch interessanten Naturstoffen    mit vielfältigen und potenten biologischen Aktivitäten.

Wir haben eine Reihe von Projekten, in denen wir uns mit cyanobakteriellen Naturstoffen beschäftigen.


ANoBIn - Antiinfektiva aus indonesischen Cyanobakterien

Indonesien ist ein sogannter "Biodiversitäts-Hotspot" mit einer dichten und artenreichen Flora und Fauna. In dem Deutsch-Indonesischen Kooperationsprojekt ANoBIn (Accessing Novel Bacterial Producers from Biodiversity-rich Habitats in Indonesia) suchen wir nach neuen antiinfektiven Naturstoffen, die von Cyanobakterien aus indonesischen Habitaten biosynthetisiert werden. Nach einer Probenahme-Exkursion und der Isolierung von Cyanobakterienstämmen aus den gesammelten Proben werden diese Stämme identifiziert und taxonomisch eingeordnet sowie auf die Produktion von Naturstoffen untersucht. Anschließend werden die interessantesten Stämme im größeren Maßstab kultiviert, extrahiert, und die Naturstoffe isoliert und ihre chemische Struktur aufgeklärt. Dieses Projekt wird finanziell unterstützt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).

Dabei suchen wir nicht nur nach neuen Naturstoffen mit direkten antibakteriellen oder antimykotischen Aktivitäten, sondern interessieren uns auch für Hemmstoffe von Proteasen, die aktuell bei bestimmten Infektionserregern als mögliche Angriffspunkte für neuartige Wirkstoffe diskutiert werden. So suchen wir z.B. nach Hemmstoffen der Protease Rhodesain von Trypanosoma brucei, dem Erreger der Schlafkrankheit.

Das Projekt wird vom BMBF finanziell unterstützt und von Ronja Kossack bearbeitet.

Kooperationen:

  • Prof. Dr. Jörg Overmann; Leibniz-Institut DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen)
  • Prof. Dr. Peter Kämpfer; Institut für Angewandte Mikrobiologie, Justus-Liebig-Universität Giessen
  • Prof. Dr. Stefan Schulz; Institut für Organische Chemie, Technische Universität Braunschweig
  • Dr. Wien Kusharyoto; Laboratory for Applied Genetic Engineering and Protein Design, Indonesian Institute of Sciences (LIPI)
  • Dr. Dwi Dwi Susilaningsih Setyawan; Research Center for Biotechnology, Indonesian Institute of Sciences (LIPI)
  • Prof. Dr. Tanja Schirmeister, Institut für Pharmazie und Biochemie, Johannes Gutenberg Universität Mainz

CyanoScreen - Microcystine als Leitstrukturen

Microcystine, zyklische Heptapeptide aus Cyanobakterien, können möglicherweise als Leitstrukturen für die Entwicklung von Wirkstoffen    dienen, mit denen einige Krebsarten gezielt bekämpft werden können. Zusammen mit der Firma Cyano Biotech GmbH (Berlin) arbeiten wir an der Optimierung der Microcystin-Grundstruktur mit dem Ziel einer selektiven Wirkung der Substanzen gegen Krebszellen, so dass ihre allgemeine Toxizität abgeschwächt und damit die Nebenwirkungen vermindert werden. Dieses Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi).

Microcystine haben einen in der Krebstherapie neuen Wirkmechanismus (Hemmung von Proteinphosphatasen) und können erst nach aktivem Transport in Zellen toxisch wirken. Wir versuchen die chemische Struktur der Microcystine so zu modizifieren, dass sie selektiv nur von Krebszellen aufgenommen werden können, oder dass sie sich als Wirkstoff für gezielte Drug Delivery Systeme eignen.

In diesem Zusammenhang haben wir natürlich nicht vorkommende Microcystine erzeugt, die chemisch leicht mit jeder Art von Markern verknüpft werden können und dann z.B. Elektronen- oder Fluoreszenzmikroskopisch untersucht werden können.

Diese Substanzen wollen wir als biochemische Werkzeuge nutzen, um in verschiedenen Studien die Rolle der Microcystine für die produizierenden Organismen aufzuklären. Mit Hilfe dieser Verbindungen können auch die Wirkung der Microcystine auf eukaryotische Zellen und ihre zelluläre Aufnahme untersucht werden.

Microcystin-produzierende Cyanobakterien-Stämme

Microcystin-produzierende Cyanobakterien-Stämme

Microcystin-produzierende Cyanobakterien-Stämme

Das Projekt wird vom BMWi finanziell unterstützt und von Julia Moschny bearbeitet.

Kooperationen:

  • Dr. Dan Kramer, Cyano Biotech GmbH, Berlin
  • Prof. Marcus Frohme, Molekulare Biotechnologie und funktionelle Genomik, TH Wildau

Jagd auf den Adlermörder – Untersuchungen zur Ursache von AVM

Weizenkeime enthalten Glycosylceramide

Weizenkeime enthalten Glycosylceramide

Die Avian Vacuolar Myelinopathy (AVM) ist eine tödlich verlaufende neurologische Erkrankung, die hauptsächlich Vögel (und einige Reptilien) befällt und die in den letzten Jahren verstärkt in den südöstlichen Bundesstaaten der USA auftritt. Typisch für diese Erkrankung sind Läsionen in verschiedenen Gehirnregionen betroffener Tiere. Ihr berühmtestes Opfer ist das nationale Symbol der Vereinigten Staaten, der Weißkopfseeadler. Die Ätiologie dieser Erkrankung war lange Zeit ungeklärt, aber kürzlich konnte von unseren amerikanischen Kooperationspartnern die Hypothese aufgestellt werden, dass über die Nahrungskette aufgenommene Cyanobakterien der neu beschriebenen Art Aetokthonos hydrillicola ursächlich für die neurologischen Schäden sind. Aetokthonos wächst epiphytisch auf der invasiven Wasserpflanze Hydrilla verticillata, welche sich aggressiv in den südlichen US-Bundesstaaten verbreitet. Dies legte die Vermutung nahe, dass AVM von einem cyanobakteriellen Toxin verursacht wird. Wir konnten das Cyanobakterium isolieren und in Kultur bringen. Im Rahmen dieses Projektes sollen die folgenden Fragen beantwortet werden:

  • Wie ist die chemische Struktur des AVM verursachenden Toxins?
  • Wie ist der Wirkmechanismus des Toxins?
  • Welche Umweltbedingungen haben Einfluss auf die Biosynthese?
  • Wie wird das Toxin biosynthetisiert?
  • Wie gelangt das Toxin mit der Nahrungskette in die Vögel?

Dieses Projekt wird von Steffen Breinlinger bearbeitet.

Kooperationen:

  • Prof. Susan Wilde, Warnell School of Forestry and Natural Resources, University of Georgia, Athens, USA
  • Prof. Dayton Wilde, College of Agriculture and Environmental Science, University of Georgia, Athens, USA
  • Prof. John C. Maerz, Warnell School of Forestry and Natural Resources, University of Georgia, Athens, USA
  • Prof. James Lauderdale, Department of Genetics, University of Georgia, Athens, USA

Abgeschlossene Projekte

Antibakterielle Cyclophane aus Nostoc

In Kooperation mit Wissenschaftlern der Universität Greifswald (M. Preisitsch und S. Mundt) haben wir an der Strukturaufklärung und Charakterisierung von Cyclophanen aus Nostoc gearbeitet. Ein Screening von Extrakten von Nostoc sp. zeigte, dass einige der Stämme aktiv gegen grampositive krankheitserregende Mikroorganismen wie S. aureus waren. Die aktiven Verbindungen wurden isoliert und ihre Struktur aufgeklärt - es handelte sich um 5 neue und 11 bereits bekannte Cyclophanderivate   . Zusätzlich zu ihrer ausgeprägten antibakteriellen Aktivität gegen S. aureus und S. pneumoniae erwiesen sich die Verbindungen als zytotoxisch. Die Anwesenheit einer Carbamoyl-Gruppe verstärkte beide Aktivitäten leicht.

Wir haben Derivate der Naturstoffe produziert    und vergleichende Bioaktivitätstests durchgeführt. Weiterhin haben wir in einem Screening von mehr als 100 Cyanobakterienstämmen nach neuen Cyclophanen gesucht. Dieses Screening führte zu der Entdeckung der Cylindrofridine   , neuer Verbindungen mit interessanter Struktur, die uns dabei half, zur Aufklärung des Biosynthesewegs der Cyclophane beizutragen.

Dieses Projekt wurde finanziell vom DZIF unterstützt.

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