Auf der Suche nach starken Wirkstoff-Kandidaten
Interdisziplinäre Erforschung bakterieller Baukastensysteme gewinnt internationale Anerkennung
Bakterielle Baukastensysteme zur Entwicklung neuer Naturstoffe nutzen, das könnte ein Schlüssel zur Lösung steigender Antibiotikaresistenzen sein. Eine junge Projektgruppe am MPI Marburg arbeitet daran, effizient und schnell die besten Ansatzpunkte zur Veränderung der bakteriellen Enzyme zu finden, um ein breites Spektrum an Wirkstoffkandidaten zu erzeugen. Ihre Forschung wird auch international anerkannt, wie der Erfolg beim iGEM-Wettbewerb zeigt.
Bakterien werden häufig mit Krankheiten in Verbindung gebracht, doch die Mehrheit der Mikroorganismen ist harmlos und für die Forschung von großem Wert. Sie stellen eine nahezu unerschöpfliche Quelle neuer Wirkstoffe dar. Aufgrund des ständigen Konkurrenzdrucks in ihren natürlichen Lebensräumen produzieren sie bioaktive Verbindungen, mit denen sie ihre Umgebung beeinflussen, beispielsweise durch Hemmung des Wachstums anderer Mikroorganismen. Mit den bakteriellen nicht-ribosomalen Peptidsynthetasen (NRPS) hat die Evolution ein geniales Baukastensystem hervorgebracht, mit dem Bakterien ihr Arsenal bioaktiver Stoffe durch Neukombination immer „up to date“ halten.
Entwicklung maßgeschneiderter Peptide durch synthetische Biologie
Das junge Forschungsfeld der synthetischen Biologie nimmt diese natürlichen Prozesse zum Vorbild und geht sogar noch einen Schritt weiter: Durch gezielte Veränderung des Erbguts von Bakterien entstehen molekulare Maschinen, die völlig neue, potentielle Wirkstoffe produzieren. Dr. Patrick Gonschorek forscht mit seiner Projektgruppe in der Abteilung von Prof. Helge Bode am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg an den NRPS-Enzymen. Im vergangenen Jahr kam eine spannende Aufgabe hinzu: zusammen mit Dr. Christian Schelhas, Simon Klute und Melina Flakowski aus der AG Bode betreute er das iGEM Team des Max-Planck-Instituts und der Universität Marburg, das sich in 2025 dem Thema NRPS-Engineering widmete. In diesem Wettbewerb geht es darum, akute Probleme der Welt mit neuen innovativen Ansätzen der synthetischen Biologie zu lösen. Der interdisziplinäre Charakter des Teams spielt dabei eine zentrale Rolle, da Expertisen aus verschiedenen Fachbereichen kombiniert werden, was wesentlich zum Erfolg der Projekte beiträgt. Die preisgekrönte Webseite des iGEM-Teams vermittelt auf anschauliche Weise das Prinzip und die Relevanz der NRPS Engineerings: https://2025.igem.wiki/marburg/.
Die biosynthetische Herstellung maßgeschneiderter Peptide scheitert häufig daran, dass die großen Enzyme äußerst komplex sind und nach Modifikationen oft nicht mehr korrekt funktionieren. Kleine Details entscheiden dabei über Erfolg oder Misserfolg. Das iGEM-Team, bestehend aus Mitgliedern des Max-Planck-Instituts und der Universität Marburg, entwickelte die Software „mATCmaker“, die vorhersagt, welche Enzymen-Kombinationen am erfolgversprechendsten sind. Der Einsatz dieser Software spart Zeit und Ressourcen und erhöht die Effizienz bei der Entwicklung neuer Moleküle erheblich. Im Rahmen des iGEM-Projekts gelang es, die bislang größte Sammlung neuartiger Enzyme für die Biosynthese peptidischer Naturstoffe zu erzeugen.
Erfolgreiche Kombination von Biologie, Informatik und Ingenieurwissenschaften
Die Ergebnisse erhielten internationale Anerkennung: Beim „Grand Jamboree“ im Oktober 2025 in Paris, an dem über 400 Teams und mehr als 10.000 Teilnehmende aus aller Welt teilnahmen, platzierte sich das Marburger Team unter den besten zehn und wurde für das beste Projekt im Bereich Infektionskrankheiten ausgezeichnet. Zudem erhielt das Team erneut eine Goldmedaille für „Exzellenz in synthetischer Biologie“.
„Der Erfolg im internationalen Wettbewerb für synthetische Biologie zeigt das Potenzial der Kombination von Biologie, Informatik und Ingenieurwissenschaften“, erklärt Patrick Gonschorek und motiviert ihn die Funktion bakterieller Baukastensysteme weiter zu erforschen. Im nächsten Schritt sollen die mithilfe des NRPS-Engineerings erzeugten neuartigen Naturstoffe systematisch auf antibiotische oder antivirale Eigenschaften überprüft werden. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung dringend benötigter Wirkstoffe im Kampf gegen Infektionskrankheiten.
