Neue Biofilminhibitions-Strategien, bioaktive Naturstoffe aus marinen Actinomyceten und semisynthetische Entwicklungen an Zellwandvorläufern

Abstract

Biofilme sind an Oberflächen anhaftende, schleimige Aufwüchse, mit denen sich Mikroorganismen ein eigenes Mikrohabitat geschaffen haben. Innerhalb des Biofilms findet eine chemische Kommunikation mittels sogenannter Autoinducer statt, die als Quorum-Sensing bezeichnet wird. Durch die Ausbildung des Biofilms sind die darin lebenden Mikroorganismen besser gegenüber schädlichen Umwelteinflüssen geschützt, was eine deutlich erhöhte Resistenz gegenüber Antibiotika und Bioziden zur Folge hat. Aufgrund dieser Tatsache ist die Verhinderung der Biofilmbildung an Orten, wo ein Bakterienwachstum unerwünscht ist, von entscheidender Bedeutung.

In der vorliegenden Dissertation wurden Verfahren entwickelt, mit deren Hilfe sich die Funktion von Enzymen untersuchen lassen, die zu einer Inaktivierung einer Autoinducer-Klasse führen. Aus diesen Arbeiten konnte das Genprodukt BpiB09 als eine N-Acylhomoserinlacton abbauende Oxidoreduktase charakterisiert werden. Zudem konnte aus einem Screening-Prozess für vier unterschiedliche Naturstoffe eine potentiell biofilminhibierende Wirkung festgestellt werden. Des Weiteren wurden Methoden erarbeitet, um ein Autoinducer-System aus einem Violacin-Produzenten aufzuklären.

Die Entdeckung neuer Naturstoffe und das Wissen über ihre biologischen Eigenschaften ist ein wichtiger Bestandteil in der Entwicklung neuer pharmazeutischer Wirkstoffe. In diesem Projekt wurden vier neue Gattungen von marinen Actinomyceten-Stämmen auf neue und biologisch aktive Verbindungen hin untersucht. Aus diesem Screening-Prozess ging das Diazepinomicin hervor. Für diese Verbindung konnten im weiteren Verlauf neue antioxidative und proteaseinhibierende Eigenschaften nachgewiesen werden.

Das detaillierte Verständnis der Funktion von Penicillin-Bindeproteinen kann zu neuen Konzepten in der antibiotischen Wirkstoffforschung führen. Für die Aufklärung solcher Funktionalitäten wurden in diesem Projekt drei UDP-MurNAc-Hexapeptid-Glycin-Derivate semisynthetisch dargestellt. Zudem konnte ein massenspektrometrisches Verfahren zur Analytik der Zielverbindungen etabliert werden.

Biofilms are mucous overgrowths adhering to surfaces by which microorganisms have created a microhabitat of their own. Inside the biofilm, a chemical interaction called quorum sensing takes place with the help of so called autoinducers. By developing the biofilm, the microorganisms living in it are better protected against harmful environmental influences, which makes them considerably more resistant to antibiotic agents and biocides. For this reason, it is vitally important to prevent the development of biofilms from happening in places where bacterial growth is unwanted.

In the dissertation at hand, methods were developed to analyze the function of enzymes causing an inactivation of the autoinducer class. In the course of this work, the gene product BPiB09 could be characterized as an oxireductase that degrades N-Acyl homoserine lactone. Furthermore, a screening process made it possible to detect a potentially biofilm-inhibiting effect of four different natural substances. Over and above that, methods were developed to explain an autoinducer system from a violacein producer.

The discovery of new natural products and the knowledge of their biological characteristics is an important part of the development of new pharmaceutical agents. In this project, four new genera of marine Actinomycetes were examined for new and biologically active compounds. From this screening, Diazepinomicin emerged. Later, new antioxidant and protease-inhibiting characteristics could be detected for this compound.

A profound comprehension of the function of PBSs may reveal new concepts in antibiotic agent research. To clarify such functionalities, three glycine derivatives were successfully prepared. Moreover, a mass spectrometric method to analyze the target compounds could be established.