Wirkstoffforschung für die Medizin im digitalen Zeitalter

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Eine andere Sicht auf die Entstehung der sporadischen Form der Alzheimerkrankheit

Bei der Alzheimerkrankheit soll einer Theorie nach als Plaques abgelagertes Amyloid krankheitsauslösend wirken, während dies einer anderen Hypothese zufolge durch nachlassende Energiebereitstellung durch Mitochondrien geschieht. Betroffene weisen kognitive Defizite, wie beispielsweise Gedächtnis- oder Orientierungsstörungen auf und erleben diesen Zustand unter anderem mit geänderter Affektivität und gestörtem Verhalten.
Eine chronisch neurodegenerative Krankheit ließe sich durch prozessual bedingte Veränderungen auffassen, bei dem eine Abweichung von der Norm durch Pathomorphologie oder Dysfunktionalität erklärbar wird. Welche Substanz steckt aber dahinter? Um es vorweg zu nehmen: Bis heute ist es nicht zu begreifen, bestenfalls zu erahnen. Hingegen ist es möglich, außergewöhnliche (Substanz-)Eigenschaften zu erkennen: Wie etwa die hohe Effizienz bei der Verwertung von Glukose zur Energiegewinnung von Adenosintriphosphat (ATP) durch oxidative Phosphorylierung. Oder die Entstehung von Mutationen im Erbgut, beispielsweise durch Methylierung von Cytosin durch Elektronen, die in der Lage sind, eigentlich unüberwindbare Potenzialbarrieren zu durchdringen.
Auch wenn nachfolgend aufgrund solcher Erkenntnisse eine Antwort auf die Frage nach der wirklichen Substanz schuldig bleibt. Das Wechselspiel alles Begreifbaren, von der subatomaren Ebene herauf in die gewohnte Makrowelt, verspricht in jedem Fall eine spannende Reise.

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DSMZ-Wissenschaftlerin entwickelt innovative Screening-Methode nach medizinischen Wirkstoffen

Forschende rund um Professorin Dr. Yvonne Mast, Leiterin der Abteilung Bioressourcen für Bioökonomie und Gesundheitsforschung vom Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen im niedersächsischen Braunschweig, haben eine neue Screening-Strategie nach medizinischen Wirkstoffen entwickelt. Diese beruht ausschließlich auf der Analyse von Genomsequenzdaten. „Der Vorteil unserer Vorhersagestrategie besteht darin, dass man damit rein digital sowie sehr effizient nach bestimmten potentiellen Wirkstoffproduzenten screenen kann und teilweise auch Bakterien-Stämme aussortieren kann, die höchstwahrscheinlich bekannte Substanzen produzieren. Das erleichtert den Prozess der Wirkstoffanalyse und -findung erheblich. Die Methodik ist ein weiterer wichtiger Beitrag im sich rasch entwickelnden Forschungsbereich des Genome-Mining zur Findung neuer Wirkstoffe.“, fasst Mast die Vorteile ihres Forschungsansatzes zusammen. In den vergangenen Jahren wurden immer weniger neue Wirkstoffe wie beispielsweise Antibiotika gefunden und für die medizinische Anwendung entwickelt, während zeitgleich die Bedrohung durch multiresistente Krankheitserreger global rasant zunimmt. Ein großes Problem bei der medizinischen Wirkstoffforschung stellt die hohe Wiederfindungsrate bereits bekannter Substanzen dar, was herkömmliche Screening-Ansätze hochgradig ineffizient macht.

Digitalisierung in der Wirkstoffforschung
Digitale Sequenz-Informationen spielen auch in der Wirkstoffforschung eine immer größere Rolle. Das Team um die Mikrobiologin Prof. Dr. Yvonne Mast hat nun auf der Grundlage von Genomsequenzinformationen von bakteriellen Wirkstoffproduzenten eine Vorhersagestrategie entwickelt, die es ermöglicht, die Produktion einer bestimmten Wirkstoffgruppe, den Proteinsyntheseinhibitoren, vorherzusagen. Diese Wirkstoffe haben als Angriffsort das bakterielle Ribosom, das ein wichtiger Wirkort für zahlreiche, wichtige Antibiotika ist. Dazu gehören beispielsweise Erythromycin, Tetracyclin oder Clindamycin. Die Forschenden aus Braunschweig konnten im Erbgut (Genom) von Wirkstoffproduzenten aus der Bakterien-Gruppe der Actinomyceten spezielle Indikatorgene identifizieren, die auf eine Proteinbiosyntheseinhibitor-Syntheseleistung hindeuten und daraus eine Vorhersagestrategie ableiten. Den Funktionsnachweis erbrachten die Wissensschaffenden anhand der Identifizierung des Proteinbiosyntheseinhibitors Amicoumacin aus verschiedenen Actinomyceten-Stämmen der DSMZ-Bakteriensammlung. Die Methodik wurde -footprinting benannt und jüngst im renommierten Fachmagazin Nucleic Acids Research Genomics and Bioinformatics veröffentlicht. Das Deutsche Zentrum für Infektionsforschung (DZIF) unterstützte die Studie.

Originalpublikation:
Handel F, Kulik A, Wex KW, Berscheid A, Saur JS, Winkler A, Wibberg D, Kalinowski J, Brötz-Oesterhelt H, Mast Y (2022) -footprinting approach for the identification of protein synthesis inhibitor producers. NAR Genom Bioinform. Volume 4, Issue 3. https://doi.org/10.1093/nargab/lqac055

DSMZ-Pressekontakt:
PhDr. Sven-David Müller, Pressesprecher des Leibniz-Instituts DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH
Tel.: 0531/2616-300
Email: press(at)dsmz.de

Die DSMZ ist das größte Bioressourcenzentren weltweit. Die Sammlung umfasst derzeit über 79.000 Bioressourcen.

Kontakt
Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen
Sven-David Müller
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38124 Braunschweig
0531-5312616300
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