Bioinformatik

Neue Naturstoffe vorhersagen

Ein internationales Forscherteam hat eine Webanwendung entwickelt, die berechnen kann, welchen Naturstoff ein bestimmtes Enzym herstellen kann.

Chemiker Prof. Dr. Christoph Steinbeck von der Universität Jena hat gemeinsam mit Partnern eine Webanwendung entwickelt, die mögliche Produkte eines Enzyms vorhersagen kann. © Anne Günther/FSU

Wirkstoffe, die von bestimmten Bakterien hergestellt werden, sind oftmals noch schwieriger aufzuspüren als die Bakterien selbst. Denn Mikroben stellen manche Naturstoffe nur dann her, wenn sie sie benötigen – etwa um andere Bakterien abzuwehren. Ein internationales Forscherteam, darunter die Friedrich-Schiller-Universität Jena, hat nun eine Webanwendung veröffentlicht, die vorhersagen kann, welche Wirkstoffe das sein könnten. Über dieses „Vorhersage-Tool“ berichten die Wissenschaftler aktuell im Fachmagazin „Nature Chemical Biology“.

Von der Gensequenz zum Wirkstoff
Die Webapplikation mit dem Namen „TransATor“ sagt die Struktur von sogenannten Polyketiden voraus. Das sind Naturstoffe, zu denen auch Antibiotika wie Streptomycin gehören. Es gibt zwar Regeln, nach denen sich solche Vorhersagen bereits jetzt treffen lassen – diese sind aber nicht immer korrekt. Denn eine Reihe der dafür verantwortlichen Enzyme hält sich nicht an diese Regeln. Viele neue Wirkstoffe bleiben daher unentdeckt.

„In dieser aktuellen Arbeit wurde das dahinterliegende neue Regelwerk von unseren Kooperationspartnern an der ETH Zürich aufgedeckt und von uns in ein bioinformatisches Vorhersagesystem überführt“, erklärt Prof. Dr. Christoph Steinbeck von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. „Alles, was man dazu braucht, ist die entsprechende DNA-Sequenz. Daraus lässt sich ableiten, wie das Enzym aufgebaut ist“, sagt Steinbeck, der an der Webanwendung mitgewirkt hat. „Aus dieser Information berechnet das Programm den Wirkstoff, den dieses Enzym herstellen kann.“ So können anhand der DNA auch Wirkstoffe aufgespürt werden, die das Bakterium in dem Moment gar nicht produziert.

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Veränderungen der Polyketide vorhersagen
Bis die so aufgespürten neuen Naturstoffe in Medikamenten eingesetzt werden können, ist noch einiges zu tun: Schließlich müssen die vorhergesagten Strukturen erst einmal im Labor hergestellt und genau untersucht werden. Auch die Vorhersage will Steinbeck weiter verbessern. „Diese Polyketide sind oftmals noch nicht die Strukturen, die man am Ende vorfindet“, erläutert der Jenaer Chemiker. „Unser Ziel ist, auch die Veränderungen vorherzusagen, die die Substanzen nach ihrer eigentlichen Herstellung in den Bakterien durchlaufen.“

Die Forscher
Die Forschungsergebnisse erarbeiteten gemeinsam Teams der ETH Zürich (Schweiz), die Universität Jena, die Universitäten Algarve und Lissabon (Portugal), das Institut Pasteur in Paris (Frankreich) und das European Bioinformatics Institute in Cambridge (Großbritannien).

Originalpublikation:
Helfrich, E. J. N. et al.: Automated structure prediction of trans-acyltransferase polyketide synthase products; Nature Chemical Biology (2019). DOI: 10.1038/s41589-019-0313-7

Quelle: Friedrich-Schiller-Universität Jena

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