Meereskorallen sind eine Quelle der begehrten „Anti-Krebs“-Verbindung

Der Grund des Ozeans ist voller Geheimnisse, aber Wissenschaftler haben kürzlich eines seiner bestgehüteten Geheimnisse aufgedeckt. Seit 25 Jahren suchen Drogenjäger nach der Quelle einer natürlichen Chemikalie, die sich in ersten Studien zur Behandlung von Krebs als vielversprechend erwiesen hatte. Jetzt berichten Forscher der University of Utah Health, dass leicht zu findende Weichkorallen – flexible Korallen, die Unterwasserpflanzen ähneln – die schwer fassbare Verbindung bilden.

Die Identifizierung der Quelle ermöglichte es den Forschern, einen Schritt weiter zu gehen und den DNA-Code des Tieres für die Synthese der Chemikalie zu finden. Indem sie diese Anweisungen befolgten, konnten sie die ersten Schritte zur Wiederherstellung der Weichkorallenchemikalie im Labor durchführen.

„Dies ist das erste Mal, dass wir dies mit einem Arzneimittelleitfaden auf der Erde tun konnten“, sagt Eric Schmidt, Ph.D., Professor für medizinische Chemie an der U of U Health. Er leitete die Studie zusammen mit Paul Scesa, Ph.D., Postdoktorand und Erstautor, und Zhenjian Lin, Ph.D., Assistenzprofessor für Forschung.

Der Fortschritt eröffnet die Möglichkeit, die Verbindung in großen Mengen herzustellen, die für strenge Tests erforderlich sind, und könnte eines Tages zu einem neuen Instrument zur Krebsbekämpfung führen.

Eine zweite Forschungsgruppe unter der Leitung von Bradley Moore, Ph.D., vom Scripps Institute of Oceanography an der University of California, San Diego, zeigte unabhängig voneinander, dass Korallen verwandte Moleküle herstellen. Beide Studien werden in der Ausgabe vom 23. Mai veröffentlicht Naturchemische Biologie.

Eine Welt der Möglichkeiten

Weichkorallen enthalten Tausende von arzneimittelähnlichen Verbindungen, die als entzündungshemmende Mittel, Antibiotika und mehr wirken könnten. Aber genug von diesen Verbindungen zu bekommen, war ein großes Hindernis für die Entwicklung von Medikamenten für den klinischen Einsatz. Auch diese anderen Verbindungen sollen nun mit diesem neuen Ansatz zugänglich sein, sagt Schmidt.

Korallen sind nicht die einzigen Tiere, die potenzielle Therapeutika beherbergen. Die Natur wimmelt nur so von Schlangen, Spinnen und anderen Tieren, von denen bekannt ist, dass sie Chemikalien mit heilenden Eigenschaften enthalten. Doch dass Wirkstoffe aus Weichkorallen entscheidende Vorteile für die Medikamentenentwicklung bieten, sagt Schmidt.

Im Gegensatz zu giftigen Chemikalien, die der Beute injiziert werden, verwenden Korallen ihre Chemikalien, um Raubtiere abzuwehren, die versuchen, sie zu fressen. Da sie zum Verzehr bestimmt sind, sind die Weichkorallenchemikalien leicht verdaulich. In ähnlicher Weise sollten Medikamente, die von diesen Arten von Verbindungen abgeleitet sind, als Pillen mit einem Glas Wasser verabreicht werden können, anstatt durch Injektion oder andere invasivere Mittel eingenommen zu werden. „Diese Verbindungen sind schwerer zu finden, aber sie sind im Labor einfacher herzustellen und leichter als Medizin einzunehmen“, sagt Schmidt.

Diese Möglichkeiten waren jahrzehntelang unerreichbar gewesen. Um an diesen Punkt zu gelangen, brauchte es das richtige Know-how und ein wenig Glück.

Jagd nach der Quelle

Scesa fand die lang gesuchte Verbindung in einer weit verbreiteten Weichkorallenart, die vor der Küste Floridas lebt – nur eine Meile von der Wohnung seines Bruders entfernt. In den 1990er Jahren berichteten Meereswissenschaftler, dass eine seltene Koralle in der Nähe von Australien eine Chemikalie, Eleutherobin, mit krebsbekämpfenden Eigenschaften enthielt. Die Chemikalie stört das Zytoskelett, ein Schlüsselgerüst in Zellen, und Weichkorallen nutzen es als Abwehr gegen Raubtiere. Aber Laborstudien zeigten, dass die Verbindung auch ein starker Hemmer des Wachstums von Krebszellen war.

In den Jahrzehnten danach suchten Wissenschaftler nach der sagenumwobenen „heiligen Gral“-Chemikalie, konnten sie aber nicht in den für die Arzneimittelentwicklung erforderlichen Mengen finden und konnten das Problem nicht lösen, ohne zu verstehen, wie die Chemikalie hergestellt wurde. Das Dogma besagte, dass die Chemikalie, ähnlich wie andere Arten von Meereslebewesen, von symbiotischen Organismen synthetisiert wurde, die im Inneren der Tiere lebten.

„Es ergab keinen Sinn“, sagt Scesa. „Wir wussten, dass Korallen Eleutherobin herstellen müssen.“ Schließlich, argumentierten er und Schmidt, haben einige Weichkorallenarten keine symbiotischen Organismen und dennoch enthalten ihre Körper die gleiche Klasse von Chemikalien.

Das Rätsel zu lösen schien eine Aufgabe für Scesa zu sein. Als Junge, der in Florida aufwuchs, war das Meer sein Spielplatz, und er verbrachte unzählige Stunden damit, seine Tiefen und die Tierwelt zu erkunden. In der Graduiertenschule entwickelte er eine Vorliebe für organische Chemie und kombinierte die beiden Interessen, um die chemische Vielfalt der Meere besser zu verstehen.

Später schloss er sich dem Labor des Naturstoffwissenschaftlers Schmidt an, um die Quelle des Arzneimittelbleis aufzuspüren. Scesa vermutete, dass ihm bekannte Korallenarten die Antwort haben könnten und brachte kleine lebende Proben von Florida nach Utah, und die eigentliche Jagd begann.

Rezept entschlüsseln

Der nächste Schritt bestand darin, herauszufinden, ob der genetische Code der Koralle Anweisungen zur Herstellung der Verbindung enthielt. Fortschritte in der DNA-Technologie hatten es kürzlich möglich gemacht, den Code jeder Art schnell zusammenzusetzen. Die Schwierigkeit bestand darin, dass die Wissenschaftler nicht wussten, wie die Anweisungen zur Herstellung der Chemikalie aussehen sollten. Stellen Sie sich vor, Sie suchen in einem Kochbuch nach einem bestimmten Rezept, nur wissen Sie nicht, was eines der Wörter im Buch bedeutet.

„Es ist, als würde man ins Dunkel gehen und nach einer Antwort suchen, wo man die Frage nicht kennt“, bemerkt Schmidt.

Sie gingen das Problem an, indem sie Regionen der Korallen-DNA fanden, die genetischen Anweisungen für ähnliche Arten von Verbindungen anderer Arten ähnelten. Nachdem im Labor gezüchtete Bakterien so programmiert wurden, dass sie den für Weichkorallen spezifischen Anweisungen der Korallen-DNA folgen, waren die Mikroorganismen in der Lage, die ersten Schritte zur Herstellung des potenziellen Krebstherapeutikums zu replizieren.

Dies bewies, dass Weichkorallen die Quelle von Eleutherobin sind. Es zeigte auch, dass es möglich sein sollte, die Verbindung im Labor herzustellen. Ihre Arbeit konzentriert sich nun darauf, die fehlenden Schritte des Rezepts der Verbindung zu ergänzen und den besten Weg zur Herstellung großer Mengen des potenziellen Medikaments zu bestimmen.

„Meine Hoffnung ist es, diese eines Tages einem Arzt zu übergeben“, sagt Scesa. „Ich stelle mir das so vor, als würde man vom Grund des Ozeans über die Bank bis zum Bett gehen.“