Mirkobiologie Antibiotikaproduktion gezielt steigern
Bisher hat der Zufall bei der Steigerung der Antibiotikaproduktion durch Pilze eine Hauptrolle gespielt.
Antibiotika sind seit über 50 Jahren zur Behandlung von bakteriellen Infektionskrankheiten bei Menschen und Tieren im Einsatz. Die dabei meistens verwendeten Medikamente gehören zur Klasse der Beta-Lactam-Antibiotika und werden industriell ausgehend von Penicillin und Cephalosporin gebildet. Diese wichtigen Ausgangsstoffe werden durch die beiden Schimmelpilze Acremonium chrysogenum und Penicillium chrysogenum produziert. Der Wert der jährlich weltweit von diesen Pilzen produzierten Antibiotika beträgt rund 19 Milliarden Euro.
Beide Schimmelpilze wurden von Anfang an für die Produktion dieser Antibiotika optimiert. „Man setzt sie zum Beispiel UV-Strahlung aus, wobei der größte Anteil der bestrahlten Kultur abstirbt. Viele der überlebenden Zellen weisen nach der Bestrahlung Mutationen in ihrem Erbgut auf. Manche dieser genetischen Veränderungen bringen ein Mehr an antibiotischen Wirkstoffen hervor. Diese Stämme werden dann weiter genutzt“, erklären die RUB-Biologen. Auf diese Weise sind über viele Jahre hinweg vielfältige bisher unbekannte Genveränderungen zustande gekommen.
Genvergleich zeigt Gemeinsamkeiten
Tim Dahlmann und Dominik Terfehr gingen daher der Frage nach, ob die beiden Schimmelpilze, die taxonomisch nicht miteinander verwandt sind, ähnliche Anpassungen an die Hochproduktion von Beta-Lactam-Antibiotika zeigen. Sie verglichen die Aktivität aller Gene in Wildtyp- und Produktionsstämmen beider Organismen miteinander.
„Unsere Analysen zeigen, dass in den Produktionsstämmen beider Organismen ähnliche Stoffwechselwege eine parallele Anpassung erfahren haben“, so Tim Dahlmann. Damit konnten die Forscher zum ersten Mal beweisen, dass die industrielle Stammoptimierung bei beiden Pilzen zu ähnlichen genetischen Veränderungen geführt hat. Künftig wollen die Biologen auf Basis der identifizierten Gene neue Strategien entwickeln, die Stämme von Beta-Lactam-Produzenten gezielt zu optimieren. Dazu müssen sie diese Gene in beiden Organismen mithilfe von molekulargenetischen Methoden charakterisieren, verändern und ihren genauen Einfluss auf die Beta-Lactam-Produktion analysieren.
