Forscher beziehen neue Medikamente von giftigen Vögeln

Bakterien sind eine wertvolle Quelle für die Entdeckung von Naturstoffen, die für die Entwicklung neuer Medikamente genutzt werden können. Ein HIPS-Forschungsteam hat nun zwei neue Wirkstoffklassen mit antimikrobiellen Eigenschaften aus Bakterien identifiziert, die in Symbiose mit einem giftigen Vogel leben.

Diese Strategie und die entdeckten Substanzen bieten vielversprechende Möglichkeiten für die Entwicklung neuer Antiinfektiva, insbesondere gegen antibiotikaresistente Krankheitserreger. Die Forscher veröffentlicht ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Naturkommunikation.

Der in Neuguinea beheimatete Regent Whistler, oder auf Lateinisch Pachycephala schlegelii, ist ein seltsamer Vogel. In seinem schwarz-gelben Gefieder trägt er Batrachotoxin in sich: ein starkes Neurotoxin, das auch Pfeilgiftfrösche nutzen, um sich effektiv vor Raubtieren zu schützen. Dieses Gift wird nicht von den Vögeln selbst produziert, sondern über die Nahrung von Insekten aufgenommen.

Gemeinsam mit internationalen Partnern haben Forscher des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS), an dem das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Zusammenarbeit mit der Universität des Saarlandes ansässig ist, nun herausgefunden, dass das Gefieder des Regentenpfeifers weitere enthält Substanzen, die es vor dem Befall durch unerwünschte Mikroorganismen schützen.

Im Gegensatz zu Batrachotoxin werden diese Stoffe jedoch nicht mit der Nahrung aufgenommen, sondern von Bakterien produziert, die in Symbiose mit dem Vogel leben.

Ein internationales Team um Christine Beemelmanns, HIPS-Abteilungsleiterin und Professorin für medizinisch-pharmazeutische Mikrobiota-Forschung an der Universität des Saarlandes, isolierte diese Bakterien der Gattung Amycolatopsis aus den Sekreten der sogenannten Bürstendrüse, einer Hautdrüse des Vogels. Die Forscher konnten in diesen Bakterien bisher unbekannte bioaktive Substanzen entdecken, darunter zwei neue Klassen von Naturstoffen: Pachycephalamide und Demiguisine.

„Die Entdeckung dieser bisher unbekannten Moleküle aus dem Mikrobiom eines Vogels verdeutlicht das enorme Potenzial, das symbiotische Beziehungen für die Identifizierung neuer Naturstoffe bieten“, erklärt Elena Seibel, Erstautorin der Studie. „Wo verschiedene Organismen zusammenleben, kommt es immer auch zu Wechselwirkungen. Bei Mikroorganismen erfolgt diese Kommunikation mit Hilfe chemischer Signale.“

So entdeckte Naturstoffe helfen nicht nur, die Interaktion zwischen zwei Organismen besser zu verstehen, sondern können auch zur Entwicklung neuer Antiinfektiva beitragen.

Dieser innovative Ansatz, bei dem mikrobielle Gemeinschaften (auch Mikrobiota genannt) als Quelle neuer Wirkstoffe dienen, steht im Mittelpunkt der Forschung von Christine Beemelmann. Gemeinsam mit ihrem Team arbeitet sie an der Entdeckung und Funktionsanalyse neuer antiinfektiver Naturstoffe aus Mikrobiota.

Mithilfe von Co-Kultivierungsstudien und zellbasierten Tests konnten die Forscher zeigen, dass die von den Bakterien in der Bürstendrüse produzierten Substanzen eine antimikrobielle Wirkung haben. Die neuen Verbindungen wirken insbesondere gegen keratinolytische Bakterien und Pilze, die die Haut und Federn von Vögeln befallen.

„Unsere Arbeit zeigt eindrucksvoll, dass die Identifizierung neuer bioaktiver Naturstoffe aus mikrobiellen Gemeinschaften eine vielversprechende Quelle für die Entdeckung innovativer Antiinfektiva ist“, erklärt Beemelmanns. „Die neu entdeckten Naturstoffe, insbesondere die Lipopeptide und Hexapeptide, die wir in Vogelmikrobiomen gefunden haben, bieten großes Potenzial zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten.“

Durch eine Kombination aus genetischen und strukturellen Analysen konnte das Team die genetischen Baupläne entschlüsseln, die für die Produktion dieser Naturstoffe verantwortlich sind, und so ihren Ursprung in der symbiotischen Beziehung zwischen Vogel und Bakterium bestätigen. Die Identifizierung solcher Naturstoffe ist von weitreichender Bedeutung, insbesondere angesichts der zunehmenden Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen, die eine große Herausforderung für die moderne Medizin darstellen.

„Durch die Erschließung des Potenzials von Mikroorganismen in symbiotischen Gemeinschaften können wir neue Therapieansätze zur Bekämpfung von Infektionen und zur Bekämpfung des globalen Resistenzproblems entwickeln“, sagt Beemelmanns.