Neu entdeckte naturstoffreiche Bakterien leben in Meeresschwämmen Suche nach Naturwirkstoffen: Schwamm drüber! - scinexx | Das Wissensmagazin
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Neu entdeckte naturstoffreiche Bakterien leben in Meeresschwämmen

Suche nach Naturwirkstoffen: Schwamm drüber!

Meeresschwamm Theonella swinhoei. Dieser Schwamm enthält eine Vielzahl bioaktiver Naturstoffe und beherbergt eine komplexe Gesellschaft von Mikroorganismen © Toshiyuki Wakimoto, University of Tokyo

Apotheke im Wasser? Eine in Meeresschwämmen lebende Bakteriengattung produziert derart viele Naturstoffe, dass Wissenschaftler sie als vielversprechende Quelle für neue Medikamente einstufen. Ein internationales Forschungsteam stellt die Bakterien im Fachjournal „Nature“ vor. Die Mikroorganismen sind so außergewöhnlich, dass sie sogar einen ganz neuen Stamm bilden könnten.

Auf der Suche nach neuen Medikamenten bietet die Natur oft die besten Anhaltspunkte. Besonders Pflanzen und Bakterien produzieren oft wirksame Naturstoffe. Viele Wirkstoffe, wie etwa das Antibiotikum Penicillin oder das Krebsmedikament Taxol, haben daher ihren Ursprung in solchen Organismen. Da Meeresschwämme außerordentlich viele und ungewöhnliche Naturstoffe enthalten, könnten sie als Quelle für mögliche neue Arzneimittel eine bedeutende Rolle spielen.

Genetische Analyse enträtselt Ursprung von Wirkstoffen

Forscher aus Deutschland, Japan, den USA und der Schweiz haben sich einen dieser Kandidaten, den Schwamm Theonella swinhoei, daher genauer angeschaut. Die ersten Ergebnisse waren jedoch verwirrend: Schwämme derselben Art, die von verschiedenen Fundorten stammten, enthielten zum Teil völlig unterschiedliche Naturstoffe. Der Verdacht kam auf, dass nicht die Schwämme selbst, sondern verschiedene Bakterien die Produzenten dieser Vielzahl an möglichen Wirkstoffen sein könnten.

Und tatsächlich: Genetische Analysen der Mikroorganismen, die innerhalb der Schwämme leben, bestätigten diesen Verdacht. Die Wissenschaftler fanden eine neue Bakteriengattung mit einem bemerkenswert großen Genom – und konnten nachweisen, dass große Teile dieses genetischen Materials die Produktion von eben solchen Naturstoffen codiert, wie sie sie in den Schwämmen gefunden hatten. Die Forscher sind von dieser genetischen Vielfalt begeistert: Möglicherweise könnten diese neuen Bakterien sogar die Position der bisherigen Spitzenreiter bei der Produktion von Naturwirkstoffen, der Actinobakterien, einnehmen.

"Entotheonella factor", ein bis jetzt nicht kultivierbares symbiotisches Bakterium, das in Wahrheit die im Wirtsschwamm Theonella swinhoei vorgefundenen Naturstoffe produziert. Der weiße Balken unten links entspricht einer Länge von zwei Mikrometern. © Tetsushi Mori, Waseda University

Versteckte Bakterien passen in keine bekannte Gruppe

Der neu entdeckten Bakteriengattung gaben die Forscher den vorläufigen Namen Entotheonella. Mikrobiologinnen um Ute Hentschel-Humeida von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg nahmen diese Bakterien nun genauer unter die Lupe. Dabei stellten sie fest, dass die neuen Mikroben so ungewöhnlich sind, dass sie in der gängigen Systematik keiner bekannten Gruppe zugeordnet werden können. Die Forscher schlagen darum einen neuen taxonomischen Stamm vor, den sie Tectomicrobia nennen – abgeleitet vom lateinischen Wort „tegere“ ab, das „verstecken, schützen“ bedeutet. Die Wissenschaftler wählten diesen Begriff, weil die Bakterien im Labor bisher nicht kultivierbar sind. Damit sind sie vor der Wissenschaft „gut versteckt“.

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Das Würzburger Team hat auch Studien zur Verbreitung des neuen Stamms durchgeführt. „Die Tectobakterien kommen in vielen anderen Schwämmen vor, aber auch im Meerwasser“, sagt Hentschel-Humeida. Das weise auf ihre ökologische Relevanz hin. Daher wollen sich die Forscher als nächstes unter anderem der Frage widmen, welche Funktionen die Tectobakterien in der Symbiose mit ihrem Wirtschwamm, aber auch im Ökosystem Korallenriff ausüben. Wahrscheinlich schützen die Bakterien mit ihren vielen Inhaltsstoffen im Austausch gegen sichere Unterkunft ihren Wirt vor Fraßfeinden.

Zudem soll die Vielfalt der Naturstoffe, die die Bakterien produzieren, für die Forschung und für mögliche biotechnologische Anwendungen verfügbar gemacht werden. Für pharmazeutische Forschung und klinische Studien sind größere Mengen der möglichen Wirkstoffe nötig. Da die Bakterien noch nicht im Labor kultiviert werden können, ist es schwierig, größere Mengen der produzierten Stoffe zu erhalten. Daher wollen die Wissenschaftler nun mögliche Synthesemethoden und biotechnologische Produktionswege erforschen.

(Nature, 2014; doi: 10.1038/nature12959)

(Julius-Maximilians-Universität Würzburg / Nature, 30.01.2014 – AKR)

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