Beim sommerlichen Spaziergang durch den Wald fällt der frische Duft des Waldbodens angenehm auf. Dieser Geruch rührt aber nicht vom Wald selbst her, sondern er ist ein Gemisch kleiner flüchtiger Moleküle, die unter anderem von Bodenbakterien produziert werden – den Streptomyceten. Und diese Moleküle sind auch anderweitig relevant: Tatsächlich werden mehr als zwei Drittel der medizinisch eingesetzten Wirkstoffe natürlichen Ursprungs von Streptomyceten produziert.
Die Bakterien nutzen diese Moleküle, um sich damit gegen andere Mikroorganismen zu schützen. Und es hat sich gezeigt, dass diese Stoffe oft auch gut beim Menschen wirken. Zusätzlich zu den bekannten Antibiotika gegen bakterielle Infektionen produzieren die Bodenbakterien auch Moleküle, die vor Viren – sogenannten Bakteriophagen – schützen.
Ein Krebsmedikament mit antiviraler Doppelrolle
Ein bekanntes Molekül, das eine solche antivirale Aktivität zeigt, ist „Daunorubicin“. Dieses zellwachstumshemmende Molekül wird besonders in der Krebstherapie verwendet. In einer Studie der HHU und des FZJ unter der Leitung von Prof. Dr. Julia Frunzke (Institut für Mikrobielle Interaktionen) zeigten die Forschenden, dass Daunorubicin die erfolgreiche Reproduktion diverser Bakteriophagen effektiv unterbindet: Während der Infektion eines Bakteriums mit einem Bakteriophagen wird ein gegenseitiger Zerstörungsprozess ausgelöst. An der im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 2330 geförderten Studie waren das Max-Planck-Institut für Terrestrische Mikrobiologie in Marburg und die ETH Zürich beteiligt. Mitgewirkt haben außerdem Kollaborationspartner des Sonderforschungsbereichs SFB1535 „MibiNet“, der von der HHU koordiniert wird.
Prof. Frunzke, Korrespondenzautor der nun in PNAS erschienenen Untersuchung, sagt: „Wir konnten zeigen, dass Daunorubicin den Infektionszyklus im frühen Stadium anhält oder verzögert. Dadurch werden toxische virale Proteine, die für eine erfolgreiche Infektion normalerweise in strikt regulierten Mengen benötigt werden, vermehrt gebildet. Sie töten die Bakterienzelle vorzeitig und unterbinden somit auch die Virusreplikation.“
Dr. Larissa Ernst, Erstautorin und Postdoc in Frunzkes Arbeitsgruppe, fügt hinzu: „Sind hingegen noch weitere bakterielle ‚Verteidigungsmechanismen‘ vorhanden, dann erhöht die Anwesenheit von Daunorubicin deren Effektivität und ermöglicht das Überleben der Zelle, ohne dass sich die Viren in der Zelle reproduzieren können.“
Prof. Frunzke zu den weiteren Perspektiven der Ergebnisse: „Die vergangenen Jahre haben unser Verständnis bakterieller Immunsysteme grundlegend verändert. Mit unserer Forschung tragen wir dazu bei, besser zu verstehen, wie diese verschiedenen Abwehrsysteme zusammenwirken. Dieses Wissen ist besonders wichtig für die Weiterentwicklung effektiver Phagentherapien. In Zeiten zunehmender Antibiotikaresistenzen bieten Phagen eine vielversprechende Alternative zur Behandlung von Infektionen durch multiresistente Krankheitserreger. Da solche Therapien häufig mit Antibiotika kombiniert werden, ist es entscheidend, die bakteriellen Abwehrmechanismen im Detail zu verstehen und therapeutisch nutzbar zu machen.“
