Optimierung der antifungalen Eigenschaften des Lanthipeptids Pinensin und Suche nach natürlich-auftretenden Homologen

• Antragsteller: Dr. Julian Hegemann
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525824070

Naturstoffe sind eine wichtige Quelle für Wirkstoffmoleküle. Ribosomal-synthetisierte und post-translational-modifizierte Peptide (RiPPs) sind eine junge Naturstoff-Superfamilie, die auf Grund ihrer faszinierenden Aktivitäten und ihrer strukturellen Vielfalt zunehmend an Interesse gewinnen. Wegen ihrer bemerkenswerte Sequenzplastizität eignen sich RiPPs hervorragend für Struktur-Aktivitäts-Beziehung-Studien und als Gerüste für Bioengineering. Durch die rasante Verbreitung von Antibiotikaresistenzen gewinnt die Entwicklung von neuen anti-infektiven Wirkstoffen zunehmend an Bedeutung. Da RiPPs häufig vielversprechende anti-infektive Eigenschaften aufzeigen, ist es angebracht, sie in die Suche nach neuen Wirkstoffmolekülen miteinzubeziehen. Da die RiPP-Vorläuferpeptide genetisch kodiert sind, ist die Diversifizierung von RiPPs durch simple Mutation des Vorläufergens in einem passenden heterologen Produktionssystems möglich. Das Hauptziel des vorgeschlagenen Forschungsprojekts ist die Entwicklung von neuen antifungalen Wirkstoffen ausgehend von dem Klasse I Lanthipeptid Pinensin, dem ersten und bisher einzigen literaturbekannten antifungalen Lanthipeptid. Obwohl Pinensin gegen eine Bandbreite von pathogenen Pilzen wirkt, haben seine zytoxischen Nebenwirkungen seine Anwendung in einem klinischen Kontext bisher verhindert. Durch den großen Bedarf an neuen antifungalen Wirkstoffen und da vorherige Studien demonstriert haben, wie andere Verbindungen mit ähnlichen anfänglichen Problemen erfolgreich optimiert werden konnten, um neue antifungale Verbindungen zu erhalten, ist dies ein zeitgemäßes Projekt mit hoher Wichtigkeit. Es ist geplant den therapeutischen Index von Pinensin durch Struktur-Aktivitäts-Beziehung-Studien zu verbessern, um den Weg zu einer möglichen Verwendung als Medikament zu ebnen. Dieses Vorhaben wird ergänzt durch Genome Mining, dass auf die Isolierung von natürlich auftretenden Homologen ausgerichtet ist, um möglicherweise bessere Startverbindungen identifizieren zu können. Vorläufige Daten zeigen, dass gewisse Pinensin-Homologe eine Rolle als Virulenzfaktoren in klinisch-relevanten Pathogenen mit Antibiotikaresistenzen spielen könnten, was die Bedeutung des geplanten Projekts zusätzlich unterstreicht. In Vorbereitung dieses Antrags wurde die heterologe Produktion von Pinensin in E. coli bereits etabliert. Entsprechend wird die Arbeit an diesem Projekt mit der weiteren Optimierung des Produktionssystems beginnen, um die Ausbeuten der Zielverbindung zu maximieren. Dies wird die Erstellung einer umfangreichen Bibliothek von Pinensin-Varianten wesentlich vereinfachen, um so Verbindungen mit verbesserter Selektivität der antifungalen gegen die zytotoxischen Aktivität zu identifizieren. Zusätzlich sind Studien zum Wirkmechanismus von Pinensin geplant. Diese umfassen die Erzeugung und Sequenzierung von resistenten Mutanten, Pull-Down-Experimente, sowie Lokalisierungsstudien basierend auf Fluoreszenzmikroskopie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen