Biotechnology: Metallsammler von Bakterien hergestellt

Wie Metalle aus der Umwelt extrahieren

Mikroorganismen wie Pilze und Bakterien sowie Pflanzen erzeugen eine Vielzahl von chemischen Substanzen, die für ihr Überleben nicht unbedingt notwendig sind. Solche so genannten sekundären Metaboliten werden in der Regel als Reaktion auf aktuelle Umweltbedingungen gebildet. Dazu gehören Metall-bindende Moleküle Chelatoren genannt. Die beste beschriebene Gruppe von Chelatoren sind die eisenbindenden Siderophore. Sie sind relevant für viele Stoffwechselprozesse, wie Eisen ein wesentlicher Bestandteil vieler Enzyme und Signalwege ist. Zum Beispiel verwenden pathogene Bakterien Siderophore zum Extrahieren von Eisen aus ihrem Wirt für ihren Stoffwechsel. Der Host kann dann an Eisenmangel leiden. Aber Siderophore wird auch von Bakterien leben im Boden verwendet, dass damit der Zugang zu Eisen erhalten und als Ergebnis einen Vorteil gegenüber anderen Organismen in dem gleichen Lebensraum gewinnen. Neben Eisen spezifische Chelatoren, gibt es eine Reihe von anderen für verschiedene Metalle und Halbmetalle wie Zink, Vanadium, Molybdän oder sogar Uranoxide.

Viele potenzielle Anwendungen

„Solche Chelatoren viele potentielle Anwendungen haben“, erklärt Dirk Tischler. „Sie können verwendet werden, beispielsweise zu sanieren Böden, selektiv extrahiert oder getrennte Rohstoffen oder in Biosensorik oder Medizin.“ In medizinischen Anwendungen werden Siderophore zur Behandlung von Eisenüberladung im Körper verwendet wird, eine Störung, bekannt als „Eisen-Speicherkrankheit.“

In den letzten Jahren seine Forschungsgruppe, zusammen mit den anderen Teams hat, weitere Stämme identifiziert, die Form Chelatoren und neue Strukturen beschrieben. Sie haben auch erfolgreich entschlüsselt die genetische Information für die Bildung dieser Stoffe und stellte sie in leicht zu handhabende Organismen wie Escherichia coli-Bakterien. Diese Bakterien dienen dann als Hersteller der benötigten natürlichen Substanzen oder modifizierter Substanzen. „Dies ist, wie wir halb künstliche Verbindungen schaffen können“, sagt Dirk Tischler.

Biosynthese von Vorläufern

In dem Übersichtsartikel beschreibt er die verschiedenen natürlichen Chelatoren und ihre Fähigkeit zur Bindung von Metallen und Metalloiden und untersucht aktuelle und potenzielle zukünftige Anwendungen. „Derzeit nutzen wir das Wissen, das wir bisher gewonnen haben künstliche Biosynthesewege zu schaffen, die es uns ermöglichen, zu erzeugen und zu Vorläufern von Siderophore zu charakterisieren“, schließt Tischler. Diese Vorläufer werden anschließend chemisch modifiziert werden, um den Zugang zu neuen Wirkstoffklassen zu gewinnen.

Finanzierung

Die Forschung wurde teilweise von der DECHEMA im Rahmen des Max-Buchner-Stipendiums MBFSt 3646 und das Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung in Nordrhein-Westfalen (PtJ-TRI / 1141ng006) gefördert.