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Arzneimittel-Kandidaten aus Korallen

Weichkoralle
Einige Weichkorallen produzieren medizinisch vielversprechende Wirkstoffe. © Bailey Miller

Korallen enthalten zahlreiche Substanzen, die möglicherweise medizinisch eingesetzt werden könnten. Ein Problem bei der Erforschung war bislang allerdings, dass unklar war, wie diese Substanzen in den Korallen produziert werden. Das haben Forscher nun herausgefunden. Anders als bislang angenommen, sind für die Herstellung nicht symbiotische Mikroorganismen verantwortlich. Stattdessen befindet sich der Bauplan im Genom der Korallen selbst, wie die Forscher am Beispiel einer Substanz zeigten, die als potenzielles Anti-Krebs-Medikament gilt. Mit diesem Wissen sollte es in Zukunft möglich sein, entsprechende Verbindungen im Labor herzustellen und ihren möglichen medizinischen Einsatz weiter zu erforschen.

Um sich vor Fressfeinden zu schützen, produzieren viele Korallen Giftstoffe. Dabei setzen sie insbesondere auf sogenannte Terpenoide – chemische Verbindungen, die ansonsten vor allem in Pflanzen vorkommen. Wie diese Substanzen in Korallen, die zu den Tieren zählen, hergestellt werden, war bislang unklar. Eine Vermutung war, dass Mikroorganismen, die mit den Korallen in Symbiose leben, für die Produktion der Terpenoide verantwortlich sind. Relevant ist diese Frage unter anderem, weil viele der Terpenoide aus Korallen als mögliche Grundlage für neue medizinische Wirkstoffe diskutiert werden. Um sie aber im Labor in ausreichender Menge nachbilden zu können, ist es wichtig, ihre natürlichen Ursprünge zu erforschen.

Selbst produziert von Korallen

Zwei Forschungsteams haben sich nun unabhängig voneinander dieser Frage gewidmet. Ein Team um Immo Burkhardt von der University of California in San Diego hat verschiedene Arten sogenannter Oktokorallen untersucht, eine Klasse weltweit verbreiteter Korallen, die anders als Steinkorallen kein festes Außenskelett haben, sondern darauf angewiesen sind, sich durch ungenießbare und giftige Stoffwechselprodukte vor Fressfeinden zu schützen. „Bei den meisten sesshaften Meerestieren werden die Abwehrstoffe von symbiontischen Bakterien produziert“, erklären Burkhardt und seine Kollegen. „Wir haben dagegen nachgewiesen, dass die Oktokorallen Terpenoide selbst herstellen, nach einem Bauplan, der in ihrem Genom festgelegt ist.“

Zu diesem Ergebnis kommt auch ein Forschungsteam um Paul Scesa von der University of Utah in Salt Lake City. Scesa und seine Kollegen fokussierten sich dabei auf eine Substanz namens Eleutherobin, die bereits in den 1990er Jahren in Korallen nachgewiesen wurde und die früheren Laborstudien zufolge das Wachstum von Krebszellen hemmt. Bislang stand von dieser Substanz allerdings nicht genügend zur Verfügung, um einen medizinischen Einsatz genauer zu erforschen, und eine Herstellung im Labor war ohne Informationen zum natürlichen Ursprung der Substanz nicht möglich.

Auf der Suche nach dem Bauplan

Während frühere Forschungsgruppen davon ausgingen, dass Bakterien das potenzielle Anti-Krebs-Medikament produzieren, suchten Scesa und sein Team den Bauplan für Eleutherobin im Genom der Korallenart Erythropodium caribaeorum, die unter anderem vor den Küsten Floridas weit verbreitet ist. Mit Hilfe moderner Methoden der DNA-Sequenzierung war es für die Forscher kein Problem, das Genom der Koralle auszulesen. Die Herausforderung lag jedoch darin, in dem Code den bislang unbekannten Bauplan der gesuchten Substanz zu identifizieren. „Es ist, als würde man im Dunkeln nach einer Antwort suchen, wenn man die Frage nicht kennt“, sagt Scesas Kollege Eric Schmidt.

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Um diesem Problem zu begegnen, suchten die Forscher im Korallen-Genom nach Bereichen, die den Sequenzen anderer Baupläne von verwandten Substanzen ähneln und sich beispielsweise in Bakterien finden. Tatsächlich stießen sie auf diese Weise auf die Region der Korallen-DNA, in der Eleutherobin codiert ist. Zu ihrer Überraschung stellten sie fest, dass es sich um ein Gen-Cluster handelte, also um eine Gruppe von Genen, die den Bauplan für Proteine mit ähnlichen Funktionen liefern. „Das deutet darauf hin, dass auch andere Abwehrstoffe in Tieren ihren Ursprung in Gen-Clustern haben könnten“, schreiben sie. „Dies würde den biotechnologischen Zugang zur chemischen Vielfalt, die für die Synthese potenzieller Arzneimittel wie Eleutherobin benötigt wird, erheblich erleichtern“, schreiben sie.

Vom Meeresgrund zum Krankenbett?

Im Vergleich zu anderen Wirkstoffen aus dem Tierreich, die ebenfalls einen möglichen medizinischen Nutzen haben, bieten die Korallen-Substanzen einen entscheidenden Vorteil: Während viele andere Tiere, darunter Spinnen und Schlangen, ihr Gift in ihre Beute injizieren, sind die Verbindungen, die die Koralle herstellt, dafür gedacht, beim Gefressenwerden zu wirken. Möglich wäre also, dass daraus abgeleitete Therapeutika ebenfalls geschluckt werden können und nicht per Spritze verabreicht werden müssen. „Diese Verbindungen sind schwieriger zu finden, aber sie lassen sich im Labor leichter herstellen und können leichter als Medizin eingenommen werden“, sagt Schmidt.

Mit ihrer Entschlüsselung des genomischen Ursprungs von Eleutherobin haben die Forscher den ersten Grundstein gelegt, um die Verbindung zukünftig im Labor herzustellen und in größerem Maßstab zu erforschen. „Meine Hoffnung ist, dass eines Tages Ärzte das Therapeutikum einsetzen können“, sagt Scesa. „Vom Meeresgrund zum Labortisch und bis ans Krankenbett.“

Quellen: Immo Burkhardt (University of California San Diego) et al., Nature Chemical Biology, doi: 10.1038/s41589-022-01026-2; Paul Scesa (University of Utah, Salt Lake City) et al., Nature Chemical Biology, doi: 10.1038/s41589-022-01027-1

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