Explorative Naturstoffgenomik

Bakterien produzieren eine Vielzahl an kleinen organischen Molekülen, um mit ihrer unmittelbaren Umgebung zu interagieren. Zahlreiche dieser Naturstoffe weisen vielversprechende Bioaktivitäten auf und können in der Human- und Tiermedizin bei der Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten eingesetzt werden, wie etwa Infektionskrankheiten oder Krebs. Bislang wurden Naturstoffe durch umfangreiche, auf Bioaktivität basierende Screenings identifiziert, die sich meistens auf aus Bodenproben stammende wenige Phyla konzentrierten. Diese Einschränkungen haben dazu geführt, dass immer wieder bereits bekannte Naturstoffe gefunden wurden. Infolgedessen hat sich das Entdeckungstempo von wirklich neuen Naturstoffen in den letzten Jahrzehnten deutlich verlangsamt. Um die zeitaufwändige Wiederentdeckung bekannter Metaboliten zu vermeiden und tatsächlich neuartige Naturstoffe in der Post-Genomik-Ära identifizieren zu können, verwenden und entwickeln wir Genomik-basierte Workflows. Damit werden neuartige bioaktive Naturstoffe identifiziert – eine Strategie, die als Genom-Mining bezeichnet wird.

Genome Mining ist eine in-silico-Strategie zur Entdeckung neuer Naturstoffe. Sequenzierte Genome werden auf das Vorhandensein von biosynthetischen Genclustern untersucht, d.h. Genclustern, die spezielle Metaboliten produzieren können, werden gesucht. Unser Ziel ist es, aus der Vielzahl öffentlich zugänglicher bakterieller Genome neue Familien von Naturstoff-Genclustern sowie die dazugehörigen Naturstoffprodukte zu identifizieren. Wir untersuchen die Biosynthese dieser Naturstoffe und entziffern die Regeln, die diese Biosynthese steuern. Die Regeln werden dann bei der Entwicklung von bioinformatischen Methoden verwendet, damit andere Naturstoff-Familien identifiziert und strukturelle Vorhersagen über die zugehörige Metaboliten getroffen werden können.