Neues Super-Antibiotikum aus Korallen

Korallen-Antibiotikum kann multiresistente Tuberkulose-Bakterien abtöten

Korallenriffe sind für uns Menschen von unschätzbarem Wert. Nicht nur in ihrer Funktion als globale Fischkinderstube oder für den Schutz unserer Küsten. Sie sind auch eine unerschöpfliche Fundgrube für Pharmawirkstoffe, die voller Überraschungen steckt. Leider weiß man das viel zu wenig zu schätzen. Korallenriffe zeigen sich erschöpft vom Klimawandel, werden überwuchert durch Überdüngung, zerstört durch Dynamitfischerei, geplündert von souvenirsüchtigen Touristen. Doch welche Geheimnisse da in den kleinen Baumeistern der Meere schlummern und wie wichtig sie für unser Überleben sind, zeigen jüngste Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern der Technischen Universität München (TUM). Denn sie können jetzt ein Korallen-Antibiotikum, das multiresistente Tuberkulose-Bakterien abtötet, im Labor biotechnologisch herstellen. Und das, ohne dabei die Wirkstofffabrikanten selbst zu schädigen.

Verzauberung in 18 Metern Tiefe

Hornkorallen der Art Antillogorgia elisabethae.

Hornkorallen der Art Antillogorgia elisabethae produzieren antibiotisch wirksame Naturstoffe. (Bild: Thomas Brück / TUM)

Vor 17 Jahren traf Thomas Brück, Professor für Synthetische Biotechnologie bei der TUM, bei einem Tauchgang auf den Bahamas zum ersten Mal auf die Hornkoralle Antillogorgia elisabethae.

Er erinnert sich noch genau an diese Begegnung in 18 Metern Wassertiefe: „Ihre polypenbedeckten violetten Verästelungen bewegten sich sanft in der Strömung. Ein faszinierendes Lebewesen!“

Wie es der Zufall so will, enthält diese Hornkorallenart verschiedene biologisch aktive Substanzen. Da waren zwei zusammengetroffen, die zusammen gehören. Denn seit der Unterwasserbegegnung erforscht Thomas Brück die Biosynthese der Wirkstoffe dieser auch als Federgorgonie bekannten Weichkorallenart.

Nachfrage der Kosmetikindustrie gefährdet Unterassserschönheiten

Zwar stehen die als Meerfahnen bekannten Korallen unter Schutz. Trotzdem ist ihr Bestand in Gefahr. Denn der Verkauf ist lukrativ, da sie auch ein entzündungshemmendes Molekül namens Pseudopterosin enthalten. Dieses findet seit Jahren Anwendung in der Kosmetikindustrie.

„Wenn wir die Riffe der Welt schützen wollen, müssen wir solche biologisch aktiven Naturstoffe, die medizinisch nutzbare Aktivitäten besitzen, auf nachhaltige Weise herstellen“, davon ist Brück überzeugt. Und genau so sind er und sein Team bei der Produktion des neuen Super-Antibiotikums dann auch vorgegangen.

Nachhaltige biotechnologische Herstellung eines Naturstoffs gegen Tuberkulose

Zusammen mit seinem Team am Werner-Siemens-Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie gelang es erstmals, einen der Wirkstoffe der Hornkoralle Antillogorgia elisabethae im Labor herzustellen – ohne dass dafür ein einziger Riffbewohner sterben musste. Das Molekül „Erogorgiaene“ ist ein Power-Antibiotikum. Mit ihm lassen sich multiresistente Tuberkulose-Erreger wirkungsvoll bekämpfen.

Allerdings stand die Kostenfrage einem Einsatz des Wirkstoffs bislang im Wege, denn eine Koralle enthält nur extrem geringe Mengen davon. Zudem stehen die Tierchen unter Schutz. Da verbietet es sich von selbst, sie als Rohstoffquelle zu nutzen.

Zwar lässt sich der Wunderwirkstoff „Erogorgiaene“ auch mit klassischen chemischen Verfahren herstellen. Doch damit verbunden sind nicht nur toxische Abfälle, sondern auch horrende Produktionskosten. Die Produktion von einem Kilo des Wirkstoffs würde auf diesem Weg um die 21.000 Euro kosten.

Das geht auch anders: Kolibakterien produzieren nun ein Korallen-Antibiotikum

Flachwasser Korallenriff.

Foto: Francesco Ungaro/Pexels

„Mit biotechnologischen Methoden jedoch lässt sich Erogorgiaene schneller, umweltfreundlicher und erheblich günstiger herstellen. Die Produktionskosten pro Kilo würden mit diesem Verfahren nur noch bei etwa 9.000 Euro liegen“, erklärt Brück.

Das neue Verfahren, das er zusammen mit Kollegen aus Berlin, Kanada und Australien entwickelte, besteht aus nur zwei genialen Schritten: Die Hauptarbeit machen dabei gentechnisch optimierte Kolibakterien, die sich von Glycerin ernähren – einem Reststoff aus der Biodiesel-Produktion.

Die gentechnisch aufmunitionierten Helferlein produzieren nun ein Molekül, welches man mit Enzymen in den gewünschten Wirkstoff verwandeln kann.

Bei der Produktion entsteht kein Abfall, alle Nebenprodukte können in einem geschlossenen Kreislauf wiederverwendet werden. Mittlerweile hat man das innovative Verfahren auch zum Patent angemeldet.

Wirkstoffentwicklung nach dem Vorbild der Natur

„Die neue Technologieplattform zur Produktion von Naturstoffen mithilfe biotechnologischer Verfahren erfüllt sämtliche 12 Kriterien der Grünen Chemie“, freut sich Thomas Brück. „Außerdem erfüllt sie vier der UN-Nachhaltigkeitsziele: gesundes Leben für alle, Bekämpfung des Klimawandels und seiner Auswirkungen, Bewahrung und nachhaltige Nutzung der Ozeane und der Meeresressourcen sowie Bewahrung des Lebens an Land.“

Bald auch ein Korallenwirkstoff gegen Covid-19?

Inzwischen arbeitet das Forschungsteam bereits an der biotechnologischen Herstellung eines weiteren Korallen-Wirkstoffs: Nach dem Vorbild der Natur soll das Molekül Erogorgiaene im Labor in den Wirkstoff Pseudopteropsin umgewandelt werden.

Auf den setzen Mediziner große Hoffnung: Denn klinische Studien zeigten, dass er durch einen neuen Wirkmechanismus Entzündungen hemmt. Damit ist Pseudopteropsin potenziell ein Kandidat für die Therapie von überschießenden Immunreaktionen. Darunter fallen beispielsweise Infektionen durch Viren wie Covid-19, aber auch altersbedingte chronische Entzündungen.

Für Thomas Brück ist der gemeinsame Weg mit Antillogorgia elisabethae noch lange nicht zu Ende.

Publikation:
Marion Ringel, Markus Reinbold, Max Hirte, Martina Haack, Claudia Huber, Wolfgang Eisenreich, Mahmoud A. Masri, Gerhard Schenk, Luke W. Guddat, Bernhard Loll, Russell Kerr, Daniel Garbe und Thomas Brück:
Towards a sustainable generation of pseudopterosin-type bioactives
Green Chemistry, July 20, 2020 – DOI: 10.1039/D0GC01697G

Foto oben:
Antillogorgia elisabethae – von Thomas Brück / TUM