Methoden zur Naturstoffsynthese

Pflanzen, Tiere, Mikroorganismen, Pilze und Bakterien sind nicht nur Lebewesen sondern auch kleine Fabriken. Sie stellen unterschiedlichste Naturstoffe her, von denen längst nicht alle bekannt sind. Vor allem die niedermolekularen Verbindungen dieser sogenannten Sekundärmetabolite sind für Chemiker, Pharmazeuten und Biologen interessant. Denn sie werden von einem Organismus zu einem ganz bestimmten Zweck hergestellt und können in biologischen Systemen bestimmte Wirkungen auslösen. So besitzen viele dieser Verbindungen wichtige biologische und pharmakologische Eigenschaften und sind daher für die Entwicklung von Medikamenten, Duftstoffen oder Agrochemikalien für den Pflanzenschutz sowie als Werkzeuge für die biologische Forschung äußerst wichtig.

Naturstoffe sind dem computergestützten Wirkstoffdesign überlegen, weil sie im Laufe der Evolution nicht nur in ihrer Wirkung auf eine bestimmte biochemische Zielstruktur optimiert sind, sondern auch hinsichtlich ihrer Umsetzung im Stoffwechsel und ihres Transportes zum Wirkort. Weil der Zugang zu diesen Verbindungen oft schwierig ist, der Aufwand zu groß oder ökologische Gründe gegen eine Entnahme aus der Natur sprechen, arbeiten nun Organische Chemie und Biotechnologie Hand in Hand.

Das NTH-Projekt setzt dabei auf Myxobakterien als Bioreaktoren für die Synthese der gewünschten Substanzen. Sie sollen neue, interessante Sekundärstoffe herstellen. Dafür nutzen die Wissenschaftler einerseits das Mittel der Mutation, indem gezielt Gene der Biosynthese ausgeschaltet werden. Andererseits bieten die Forscher den Bakterien abgewandelte Vorstufen der Zielverbindungen an, aus denen die Mikroorganismen dann neue Stoffe herstellen, die sie normalerweise nicht produzieren. Wie sich die biotechnologischen Verfahren vorteilhaft in das Methodenarsenal der Synthesechemie integrieren lassen, wird an drei unterschiedlichen Naturstoffklassen erprobt.