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Erster Schritt zur Aufklärung der Biosynthese von bisher unbekanntem Phosphonat

Wirkstoffforschung3D-Struktur von außergewöhnlichem Naturwirkstoff definiert

Durch geschickte chemische Synthese gelang es Katharina Pallitsch von der Fakultät für Chemie an der Universität Wien, die räumliche Struktur eines erst kürzlich entdeckten Phosphonats aufzuklären, welches in Zukunft als medizinischer Wirkstoff Anwendung finden könnte. Dies ist ein erster, wichtiger Schritt auf dem Weg zur Aufklärung des Biosynthesewegs dieser Verbindung. Die Arbeit erscheint als Coverstory der aktuellen Ausgabe des Fachjournals "Chemistry – A European Journal" und wurde als "Hot Paper" klassifiziert.

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Phosphor ist einer der wichtigsten Nährstoffe. Jede Zelle benötigt ihn, um zu wachsen und sich zu vermehren. Daher nehmen alle Lebewesen Phosphor aus ihrer Umwelt auf und bauen ihn in unterschiedliche Zellstrukturen ein. Ein wichtiges Beispiel für ein Molekül, das nicht ohne Phosphor auskommt, ist die DNA, die unsere Erbinformation trägt.

Die meisten Organismen können Phosphor nur in einer bestimmten Form nutzen, nämlich als sogenanntes anorganisches Phosphat. Es gibt allerdings auch andere Formen von phosphorhältigen Molekülen, zum Beispiel Phosphonate. Sie können im Labor hergestellt werden, aber auch natürlichen Ursprungs sein und haben ein breites Anwendungsspektrum, das vom landwirtschaftlichen Bereich (Dünger oder Pflanzenschutzmittel) bis hin zur Humanmedizin (als antibakterielle oder antivirale Wirkstoffe) reicht. Phosphonate sind daher eine wirtschaftlich bedeutende Naturstoffklasse – ein sehr hoher Prozentsatz aller neu entdeckten Phosphonate biologischen Ursprungs wird kommerziell genutzt (15%).

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Auf der Suche nach neuen Vertretern dieser Naturstoffklasse werden modernste genetische Sequenzierungsverfahren eingesetzt. Man erhofft sich dadurch die ökonomisch rentable Entdeckung neuer, potentieller Wirkstoffe. Erst kürzlich konnten WissenschafterInnen einige strukturell außergewöhnliche, bisher unbekannte Phosphonate isolieren, darunter: Hydroxynitrilaphos und Phosphonocystoximat. Allerdings reichten die gewonnenen Mengen nicht dazu aus, um die Aktivität dieser Verbindungen gegenüber verschiedenen Krankheitserregern zu testen. Auch die genaue räumliche Struktur der Verbindungen blieb unbekannt. "Die tatsächliche, biologische Wirkung hängt aber in den meisten Fällen von der exakten, dreidimensionalen Struktur einer Verbindung ab", erklärt Katharina Pallitsch vom Institut für Organische Chemie der Universität Wien, die gemeinsam mit den Studierenden Barbara Happl und Christian Stieger zum Thema forscht.

In ihrer aktuellen Studie gelang es ihnen nun erstmals, die exakte räumliche Struktur beider Moleküle zu definieren. "Außerdem konnten wir genügend große Mengen von beiden Substanzen herstellen, um deren biologische Aktivität zu testen", so Pallitsch. Eine ebenfalls in dieser Arbeit präsentierte eigens entwickelte Markierungsstrategie könnte es in Zukunft ermöglichen, den Biosyntheseweg von Hydroxynitirlaphos näher zu erforschen. Dies soll dabei helfen zu klären, ob Hydroxynitrilaphos ein Abbauprodukt oder ein Zwischenprodukt der Synthese von Hydroxyphosphonocystoximat, einem weiteren Vertreter der Phosphonate, ist.

Publikation in "Chemistry – A European Journal"
Determination of the absolute configuration of (–)-hydroxynitrilaphos and related biosynthetic questions, Katharina Pallitsch, Barbara Happl, Christian Stieger,
DOI: 10.1002/chem.201702904

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