Neues antivirales Antibiotikum
Mikrobiologie: Veröffentlichung in PNAS
Bakterien produzieren auch antiviral wirkende Moleküle. Forschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und des Forschungszentrums Jülich (FZJ) haben zusammen mit Kollegen aus Marburg und Zürich das antiviral wirkende Molekül Daunorubicin untersucht und seine Wirkungsweise gegen Viren entschlüsselt. Diesen Mechanismus, der sich vor allem gegen eine bestimmte Gruppe von Viren, die Bakteriephagen richtet, beschreiben sie in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Beim sommerlichen Spaziergang durch den Wald fällt der frische Duft des Waldbodens angenehm auf. Dieser Geruch rührt aber nicht vom Wald selbst her, sondern er ist ein Gemisch kleiner flüchtiger Moleküle, die unter anderem von Bodenbakterien produziert werden – den Streptomyceten. Und diese Moleküle sind auch anderweitig relevant: Tatsächlich werden mehr als zwei Drittel der medizinisch eingesetzten Wirkstoffe natürlichen Ursprungs von Streptomyceten produziert.
Die Bakterien nutzen diese Moleküle, um sich damit gegen andere Mikroorganismen zu schützen. Und es hat sich gezeigt, dass diese Stoffe oft auch gut beim Menschen wirken. Zusätzlich zu den bekannten Antibiotika gegen bakterielle Infektionen produzieren die Bodenbakterien auch Moleküle, die vor Viren – sogenannten Bakteriophagen – schützen.
Ein bekanntes Molekül, das eine solche antivirale Aktivität zeigt, ist „Daunorubicin“. Dieses zellwachstumshemmende Molekül wird besonders in der Krebstherapie verwendet. In einer Studie der HHU und des FZJ unter der Leitung von Prof. Dr. Julia Frunzke (Institut für Mikrobielle Interaktionen) zeigten die Forschenden, dass Daunorubicin die erfolgreiche Reproduktion diverser Bakteriophagen effektiv unterbindet: Während der Infektion eines Bakteriums mit einem Bakteriophagen wird ein gegenseitiger Zerstörungsprozess ausgelöst. An der im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 2330 geförderten Studie waren das Max-Planck-Institut für Terrestrische Mikrobiologie in Marburg und die ETH Zürich beteiligt. Mitgewirkt haben außerdem Kollaborationspartner des Sonderforschungsbereichs SFB1535 „MibiNet“, der von der HHU koordiniert wird.
Prof. Frunzke, Korrespondenzautor der nun in PNAS erschienenen Untersuchung: „Wir konnten zeigen, dass Daunorubicin den Infektionszyklus im frühen Stadium anhält oder verzögert. Dadurch werden toxische virale Proteine, die für eine erfolgreiche Infektion normalerweise in strikt regulierten Mengen benötigt werden, vermehrt gebildet. Sie töten die Bakterienzelle vorzeitig und unterbinden somit auch die Virusreplikation.“
Dr. Larissa Ernst, Erstautorin und Postdoc in Frunzkes Arbeitsgruppe: „Sind hingegen noch weitere bakterielle ‚Verteidigungsmechanismen‘ vorhanden, dann erhöht die Anwesenheit von Daunorubicin deren Effektivität und ermöglicht das Überleben der Zelle, ohne dass sich die Viren in der Zelle reproduzieren können.“
Prof. Frunzke zu den weiteren Perspektiven der Ergebnisse: „Die vergangenen Jahre haben unser Verständnis bakterieller Immunsysteme grundlegend verändert. Mit unserer Forschung tragen wir dazu bei, besser zu verstehen, wie diese verschiedenen Abwehrsysteme zusammenwirken. Dieses Wissen ist besonders wichtig für die Weiterentwicklung effektiver Phagentherapien. In Zeiten zunehmender Antibiotikaresistenzen bieten Phagen eine vielversprechende Alternative zur Behandlung von Infektionen durch multiresistente Krankheitserreger. Da solche Therapien häufig mit Antibiotika kombiniert werden, ist es entscheidend, die bakteriellen Abwehrmechanismen im Detail zu verstehen und therapeutisch nutzbar zu machen.“
Bildunterschrift Bild 1:
Unter normalen Infektionsbedingungen nutzt der Virus, ein Bakteriophage, die Bakterienzelle zur Reproduktion. Die Übernahme des Wirtsmetabolismus durch die Bakterienphagen wird dabei über toxische, früh-gebildete Phagen-Proteine geregelt. In Anwesenheit des DNA-interkalierenden Moleküls Daunorubicin verläuft die Infektion unvollständig, jedoch werden frühe toxische Proteine weiterhin gebildet, die auch zum Tod der Wirtszelle führen. Die Freisetzung infektiöser Phagenpartikel wird so verhindert.
Originalpublikation:
Larissa Ernst, Cornelia Gätgens, Bente Rackow, Nadiia Pozhydaieva, Elyès Gaaloul, Aileen Krüger, Johannes Seiffarth, Michelle Bund, Vivien Joisten-Rosenthal, Dietrich Kohlheyer, Björn Usadel, Alexander Harms, Katharina Höfer, Julia Frunzke; DNA-intercalating antiphage molecules trigger abortive infection through ‘mutual destruction’ and synergize with bacterial immunity; PNAS 123 (23) e2602073123, 3. Juni 2026
DOI: 10.1073/pnas.2602073123
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