Krebstherapie: Gen-Paar als Wirkstoffproduzent?

3. November 2015
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Ein im Mittelmeer vorkommender Schwamm enthält einen Pilz, der zwei zyklische Peptide bildet. Diese können Bauchspeicheldrüsen- und Darmkrebszellen hemmen. Nun wurden die Gene identifiziert, die für die Bildung der Peptide verantwortlich sind.

Bei dem untersuchten Pilz handelt es sich um einen Stamm von Scopulariopsis brevicaulis, der aus einem Mittelmeer-Schwamm isoliert wurde. Frühere Forschungsarbeiten zeigten, dass der Pilz die zyklischen Peptide Scopularides A und B bilden kann, die das Wachstum von Bauchspeicheldrüsen– und Darmkrebszellen hemmen können. Zyklische Peptide stehen schon seit Langem im Mittelpunkt der Suche nach medizinischen Wirkstoffen. Eine ganze Reihe dieser Proteine haben sich bereits in verschiedenen Rollen in der Humantherapie bewährt. So gehören auch bestimmte Antibiotika wie zum Beispiel Penicilline zu dieser Gruppe.

Unbekannt war bislang, welche Gene des Pilzes für die Bildung der krebshemmenden Wirkstoffe verantwortlich sind. Mittels Genomanalysen konnten unter den rund 16.000 infrage kommenden Genen des Pilzes NRPS 1 und PKS 2 identifiziert werden: Dieses Gen-Paar bildet Scopularides A und B aus. Damit wird es nun möglich, die Peptide synthetisch herzustellen und im Hinblick auf eine optimale Wirksamkeit zu verändern.

„Pilze sind je nach äußeren Bedingungen in der Lage, eine große Bandbreite verschiedener Stoffe zu produzieren. Die Herausforderung für uns besteht darin, die passenden Umstände zur Bildung eines möglichen Wirkstoffes und die daran beteiligten Gene zu erkennen. Mit der Identifizierung des genetischen Ursprungs der potenziell gegen Krebs wirksamen Peptide ist uns das in diesem Fall gelungen“, beurteilt Kempken den Stellenwert der nun vorliegenden Forschungsergebnisse.

Überleben im marinen Milieu

Die untersuchten Pilzkulturen erhielten die Forscher aus dem Bestand des ehemaligen Kieler Wirkstoff-Zentrums am GEOMAR (KiWiZ, jetzt GEOMAR-Biotech), das sich ebenfalls mit der Suche nach marinen Wirkstoffen befasst. Prof. Johannes F. Imhoff stieß dort bei einer Mikrobiomanalyse des Schwammes Tethya aurantium auf den Pilz. Der Schwamm scheint dabei in seinem Innern eine Umgebung bereitzustellen, die dem Pilz das Überleben im marinen Milieu ermöglicht.

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Kolonien des Pilzes Scopulariopsis brevicaulis nach etwa sieben Tagen in Kultur. © Linda Paun

Das Forschungsteam um Kempken sequenzierte daraufhin das Genom von Scopulariopsis brevicaulis mithilfe von drei verschiedenen Methoden. „Bei der Identifizierung der Gene kam uns zur Hilfe, dass Pilze sogenannte Gen-Cluster bilden. Gene, die eine gemeinsame Funktion haben, liegen bei diesen Organismen auch räumlich nebeneinander“ sagt Dr. Abhishek Kumar, ehemaliger Postdoktorand in der Abteilung für Botanische Genetik und Molekularbiologie der CAU und aktuell Wissenschaftler am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg. Die aus dem marinen Pilz gewonnenen Wirkstoffe konnten in einer Zellkultur das Wachstum bestimmter Bauchspeicheldrüsen- und Darmkrebszellen hemmen. Weitere intensive Forschungsarbeiten sind jedoch noch notwendig, um herauszufinden, ob sich die Substanzen für die Humantherapie eignen.

Originalpublikation:

De Novo Assembly and Genome Analyses of the Marine-Derived Scopulariopsis brevicaulis Strain LF580 Unravels Life-Style Traits and Anticancerous Scopularide Biosynthetic Gene Cluster
Abhishek Kumar et al.; PLOS One, doi: 10.1371/journal.pone.0140398; 2015

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