Abteilung Naturstoffe in Organismischen Interaktionen
Bakterien sind wie Miniatur-Fabriken - sie produzieren eine immense Vielfalt von Naturstoffklassen und ihren Derivaten.
Unser Ziel ist es, die Funktion dieser mikrobiellen Metabolite (auch Sekundärmetabolite oder Naturstoffe genannt) in komplexen Umgebungen, die aus verschiedenen Organismen bestehen, im molekularen Detail zu verstehen:
- Welcher Metabolit wird zu welchem Zeitpunkt im bakteriellen Lebenszyklus produziert?
- Wie funktioniert die Biosynthese und wodurch wird sie reguliert?
- Welches sind die molekularen Wirkorte bestimmter Metaboliten?
- Welche Metabolite werden benötigt, um eine bestimmte ökologische Nische zu besiedeln?
Die Antworten auf diese Fragen eröffnen eine Vielzahl möglicher Anwendungen, z.B. könnte die gezieltere Suche nach mikrobiellen Naturstoffen auch helfen, Arzneimittelkandidaten in der Humantherapie zu finden.
Obwohl man diese Fragen im Wesentlichen auf jede Mikrobe anwenden kann, die Sekundärmetabolite produziert, nutzen wir ein dreiteiliges System von Modellorganismen. Bakterien der Gattungen Photorhabdus und Xenorhabdus leben als Symbionten im Darm von bodenbewohnenden Nematoden der Gattungen Heterorhabditis und Steinernema. Die Nematoden infizieren Insektenlarven, in die sie die Bakterien injizieren. Die Bakterien wiederum töten die Insektenlarven, die dann eine Nahrungsquelle für Bakterien und Nematoden darstellen.
Trotz dieser Komplexität lässt sich dieses dreigliedrige Modellsystem im Labor in verschiedenen Teilkombinationen und in allen Lebensstadien untersuchen. Der wichtigste Vorteil dieser Bakterien ist, dass sie genetisch manipulierbar sind, auch ohne ihren Nematoden-Wirt kultiviert werden können und verschiedene Naturstoffe produzieren, unter anderem Peptide, die von nicht-ribosomalen Peptidsynthetasen (NRPS) produziert werden – ihnen gilt unser besonderes Interesse.
Um die oben genannten Fragen zu beantworten, wenden wir ein breites Spektrum an Methoden an: Solche aus der Naturstoff-Forschung, um die Struktur der spezialisierten Metabolite zu isolieren und aufzuklären, Transkriptom-, Proteom- und Metabolom-Analysen, um Regulationsmechanismen zu identifizieren, sowie synthetische Biologie und Molekularbiologie, um gewünschte Biosynthesewege zu modifizieren und zu optimieren.
Videos zu unserer Forschung
Auf der MPG-Jubiläumsfeier in Göttingen demonstrierten wir in einer Gruppendarbietung die Funktion der riesigen nicht-ribosomalen Peptidsynthetasen (NRPS): Link zum Video
Können Bakterien miteinander reden, und wer stellt eigentlich die Antibiotika her, die wir brauchen? Über diese Themen haben wir bei der Frankfurter Kinder-Uni gesprochen:
Können Bakterien miteinander reden? 12. Frankfurter Kinder-Uni, 2014
Wer stellt eigentlich Antibiotika her? 17. Frankfurter Kinder-Uni, 2019
Unser Erklärvideo zeigt, wie NRPS Engineering funktioniert:
Synthetische Naturstoffe: Der Weg zu neuen Medikamenten?
Mehr über unsere Abteilung (nur in englischer Sprache verfügbar).
