Naturstoffentdeckungen treiben die Arzneimittelentdeckungsforschung voran

Als Jeff Rudolf seine Arbeit erklärt, wendet er sich der Küche zu.

„Jeder kennt den Geruch einer Zitrone oder Limette. Die meisten Menschen mögen Minze oder Lavendel. Diese Düfte sind Terpenoide“, sagte Rudolf, Chemiker an der University of Florida. „Jeder weiß, was Terpenoide sind, auch wenn sie den Namen nicht kennen.“

Zusätzlich zu ihrer kulinarischen Verwendung werden Terpenoide als Anti-Krebs-Medikament Taxol und Artemisinin gegen Malaria verwendet. Es ist dieses Potenzial für den Einsatz in der Medizin, das Rudolfs Forschungsgruppe auf die Terpenoide aufmerksam gemacht hat. Eines ihrer Ziele ist es zu verstehen, wie die Natur die schwindelerregende Vielfalt an Terpenoiden produziert, damit Menschen neue Arten von Chemikalien nutzen können, um das Leben zu verbessern.

In einer Reihe neuerer Artikel, darunter der letzte, der am 2. Januar in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Chem, Rudolfs Gruppe hat in Zusammenarbeit mit Sandra Loesgen, einer Professorin für Chemie am Whitney Laboratory for Marine Bioscience der Universität von Florida, entdeckt, wie Bakterien ungewöhnliche Versionen von Terpenoiden herstellen, die als Eunicellane bekannt sind. Ursprünglich in Korallen gesichtet, sind die Eunicellane vielversprechend als Anti-Krebs-Medikamente. Die Entdeckungen von Rudolfs Team könnten neue Wege eröffnen, um die Eunicellane als Wirkstoffkandidaten zu erforschen.

Die Kraft der Form

Durch die Analyse der Genome gewöhnlicher Bakterien entdeckte das Team zwei Enzyme, die in der Lage sind, grundlegende Eunicellan-Rückgrate herzustellen, jedoch mit einer Wendung. Die beiden Enzyme bilden Rückgrate mit entgegengesetzten Formen. Die beiden Formen, die als cis und trans bekannt sind, sehen auf dem Papier ähnlich aus, haben aber wahrscheinlich einzigartige Wirkungen in der Realität.

„Ein struktureller Unterschied in einem Molekül kann die Aktivität völlig verändern, nur weil die Form des Moleküls anders ist“, sagte Rudolf. Diese unterschiedlichen Aktivitäten machen es wertvoll, jede Version des Eunicellan konstruieren zu können.

Und der Bau ist der Schlüssel. Diese Bausteine ​​sind für die Wirkstoffforschung unerlässlich. Rückgrate wie die Eunicellane sind für Chemiker im Labor schwer nachzubauen. Aber Enzyme können sie in nur einem Schritt herstellen. In ihrer Forschung hat Rudolfs Gruppe also auch entschlüsselt, wie die bakteriellen Enzyme diese komplizierten chemischen Rückgrate herstellen, Erkenntnisse, die auf die Herstellung dieser Verbindungen nach Bedarf angewendet werden können.

„Wenn wir verstehen, wie Enzyme das können, dann können wir Systeme schaffen, die komplizierte Synthesen umgehen können“, sagte Rudolf.

Nur der Anfang

Die von ihnen entdeckten Eunicellane sind nur Vorläufer für einige mysteriöse Endprodukte, die die Bakterien herstellen. Bisher weiß niemand, was diese Endchemikalien sind oder wofür Bakterien sie verwenden. Aber Rudolfs Team versucht es herauszufinden. Schließlich müssen diese Verbindungen für die Mikroben irgendwie nützlich sein. Vielleicht könnten sie auch für Menschen nützlich sein. Und durch die Aufdeckung der Schritte, die vom Ausgangsmaterial zum Endprodukt führen, kann Rudolfs Gruppe dem Werkzeugkasten des Arzneimittelherstellers neue Werkzeuge hinzufügen.

Es ist diese Toolbox voller Lösungen der Natur, die unsere größte Hoffnung im Umgang mit Bedrohungen wie Antibiotikaresistenzen oder hartnäckigen Krebserkrankungen darstellt.

„Wir müssen neue Medikamente und neue Arten von Molekülen entdecken, um diesen Herausforderungen zu begegnen. Der Blick in die Natur ist eine der besten Möglichkeiten, dies zu tun“, sagte Rudolf.