Lavasamycine: Entdeckung neuer Naturstoffe aus DSMZ-Bakterien
Forschende des Leibniz-Instituts DSMZ und des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung haben zwei bislang unbekannte Naturstoffe identifiziert. Diese Verbindungen, Lavasamycin A und B, stammen von einem neu charakterisierten Bakterienstamm, Streptomyces barkulensis subsp. lavasanensis, der aus einer Bodenprobe aus Lavasan im Iran isoliert wurde. Die Ergebnisse wurden im Journal of Natural Products veröffentlicht.
Streptomyces als Quelle neuartiger Antibiotika
Bakterien der Gattung Streptomyces sind bekannt für ihre Fähigkeit, eine Vielzahl natürlicher Substanzen zu produzieren, darunter zahlreiche Antibiotika. Da phylogenetisch verwandte Stämme oft ähnliche Sekundärmetabolite bilden, ist die Untersuchung genetisch differenzierter Stämme vielversprechend für die Entdeckung neuer Naturstoffe. Die DSMZ-Bioressourcensammlung stellt hierfür eine wertvolle Grundlage dar, da sie charakterisierte Mikroorganismen umfasst, deren Potenzial zur Naturstoffproduktion noch nicht vollständig erforscht ist.
Identifikation und Eigenschaften der Lavasamycine
- Die isolierten Verbindungen Lavasamycin A und B gehören zur Gruppe der Anthrachinon-Derivate und enthalten einen außergewöhnlichen Zuckerbaustein.
- Lavasamycin B weist zusätzlich eine seltene Butenolid-Struktur auf.
- In vitro zeigte Lavasamycin A eine hemmende Wirkung auf das Wachstum des grampositiven Bakteriums Bacillus subtilis, während Lavasamycin B keine solche Aktivität aufwies.
- Die unterschiedlichen chemischen Strukturen und biologischen Aktivitäten machen beide Substanzen zu vielversprechenden Kandidaten für weiterführende Studien zur Biosynthese und Funktion.
Genetische Grundlagen der Biosynthese
Die Forschenden analysierten das für die Lavasamycin-Produktion verantwortliche Gencluster, einen Typ-II-Polyketidsynthase-Cluster. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass ein Repressor die Synthese der Substanzen hemmt. Durch Inaktivierung dieses Regulators lässt sich die Produktion der Lavasamycine signifikant steigern. Diese Erkenntnisse bieten Einblick in die Kontrollmechanismen der Biosynthese und eröffnen Möglichkeiten zur gezielten Steigerung der Ausbeute durch genetische Modifikationen.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit in der Wirkstoffforschung
Die Kombination aus taxonomischer Analyse, Naturstoffchemie und molekulargenetischer Forschung ermöglicht die Entdeckung neuer bioaktiver Substanzen und ein tieferes Verständnis ihrer Biosynthesewege. Die Studie verdeutlicht das Potenzial bislang wenig erforschter Streptomyces-Stämme für die Entwicklung neuer Naturstoffe.
Hintergrund: Bedeutung der Gattung Streptomyces
- Lebensraum und Morphologie: Streptomyces sind Actinomyceten, die vorwiegend im Boden vorkommen und durch ein komplexes, pilzähnliches Myzelwachstum gekennzeichnet sind.
- Wirkstoffproduktion: Über die Hälfte der heute medizinisch genutzten natürlichen Antibiotika, darunter Streptomycin, Tetracyclin und Erythromycin, sowie diverse Krebsmedikamente und Immunsuppressiva stammen von Streptomyceten.
- Genetisches Potenzial: Das Genom dieser Bakterien enthält zahlreiche Biosynthese-Gencluster, die für die Herstellung vielfältiger Naturstoffe verantwortlich sind. Durch genomgestützte Methoden (Genome Mining) können diese Cluster identifiziert und ihre potenziellen Produkte vorhergesagt werden.
- Genetische Manipulation: Mittels Genetic Engineering lassen sich Biosynthesewege und deren Regulation untersuchen und die Produktion spezifischer Naturstoffe gezielt optimieren.
Publikation
Gomez Escribano, J.P. et al. (2026): Lavasamycins, Glycosylated Dihydroxyanthraquinones from Streptomyces barkulensis subsp. lavasanensis subsp. nov. Journal of Natural Products. DOI: 10.1021/acs.jnatprod.6c00845
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