Pflanzen, Pilze, Bakterien und marine Organismen: Diese natürlichen Substanzen sind Grundlage von über 70 Prozent der momentan verwendeten Antibiotika. Durch die stete Veränderung von Krankheitserregern sind neue pflanzliche Wirkstoffe besonders wichtig für die Heilung von Infektionskrankheiten. Doch bisher erfolgte eine Untersuchung von gerade einmal zehn Prozent aller Gefäßpflanzen. Weltweit sind zurzeit etwa 250.000 Strukturen von pflanzlichen Substanzen (Sekundärmetaboliten) in wissenschaftlichen Datenbanken gespeichert; die Gesamtanzahl schätzt man auf 500.000.
Doch bisher gibt es noch kein systematisches Durchforsten des Pflanzenreichs und auch bereits gesammeltes Wissen ist nicht einheitlich dokumentiert. Die Benennung ist je nach Region unterschiedlich und auch in der Fachliteratur nicht einheitlich. Einen ersten Schritt zur Sichtung, Sammlung und Vereinheitlichung dieses Wissens haben nun Wissenschaftler der Universität Leipzig (UL), des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) getan.
Häufung von Wirkstoffen in Pflanzenfamilien
Für die Insel Java sammelten sie exemplarisch zum Pflanzenbestand bekannte Sekundärmetaboliten, Abstammungsgeschichte und Verbreitung. Dabei erfassten sie etwa 7.500 Pflanzenarten, denen insgesamt 16.500 der in den Substanzdatenbanken notierten Metaboliten zugeordnet werden konnten. Circa 2.900 der Metaboliten gelten derzeit als Substanzen mit anti-infektiver Wirkung gegen Viren, Bakterien, Pilze oder Parasiten. 1.600 der untersuchten Arten produzieren diese 2.900 potentiellen Wirkstoffe.
Also sind bioaktive Wirkstoffe nicht in allen Pflanzenarten zu finden, eine Häufung lässt sich eher in einzelnen Pflanzenfamilien ausmachen. Zur Eingrenzung dieser Pflanzengruppen vereinten die Forscher die Analysen der genetischen Daten und die Metaboliten-Daten. So konnten sie zwischen einer Häufung anti-infektiver Inhaltsstoffe und den Gruppen ohne Wirkstoffe unterscheiden.
Gezielte Identifikation
„Mit Hilfe dieser Information lassen sich Pflanzengruppen, die wahrscheinlich anti-infektive Inhaltsstoffe besitzen, bisher aber noch nicht daraufhin untersucht wurden, gezielter identifizieren“, erklärt Dr. Jan Schnitzler (Universität Leipzig und iDiv). Auch das Finden neuer Arten mit weniger bekannten Wirkstoffen sei so möglich.
Außerdem können durch den Ansatz erfolgversprechende wirkstoffreiche Regionen eingegrenzt werden. In Javas Bergregion sei die größte Vielfalt an Pflanzenarten und die höchste Dichte an Pflanzen mit anti-infektiven Wirkstoffen zu erwarten. Folglich sei die Suche in artenreichen Gebieten eher erfolgversprechend. Der Workflow lasse sich auch einfach auf andere geografische Gebiete übertragen.
Literatur:
Laura Holzmeyer, Anne-Kathrin Hartig, Katrin Franke, Wolfgang Brandt, Alexandra N. Muellner-Riehl, Ludger A. Wessjohann & Jan Schnitzler: Evaluation of plant sources for anti-infective lead compound discovery by correlating phylogenetic, spatial, and bioactivity data. PNAS, 2020, DOI: 10.1073/pnas.1915277117.
Quelle: Universität Leipzig
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