Internationales Forschungsteam entwickelt Programm zur Vorhersage neuer Wirkstoffe

Von der Gensequenz zum Wirkstoff

Die Webapplikation mit dem Namen „TransATor“ sagt die Struktur von sogenannten Polyketiden voraus. Das sind Naturstoffe, zu denen auch Antibiotika wie Streptomycin gehören. Es gibt zwar Regeln, nach denen sich solche Vorhersagen bereits jetzt treffen lassen – diese sind aber nicht immer korrekt. Denn eine Reihe der dafür verantwortlichen Enzyme hält sich nicht an diese Regeln. Viele neue Wirkstoffe bleiben dadurch unentdeckt.

„In dieser aktuellen Arbeit wurde das dahinterliegende neue Regelwerk von unseren Kooperationspartnern an der ETH Zürich aufgedeckt und von uns in ein bioinformatisches Vorhersagesystem überführt“, erklärt Prof. Dr. Christoph Steinbeck von der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

„Alles, was man dazu braucht, ist die entsprechende DNA-Sequenz. Daraus lässt sich ableiten, wie das Enzym aufgebaut ist“, sagt Steinbeck, der an der Webanwendung mitgewirkt hat. „Aus dieser Information berechnet das Programm den Wirkstoff, den dieses Enzym herstellen kann.“ So können anhand der DNA auch Wirkstoffe aufgespürt werden, die das Bakterium in dem Moment gar nicht produziert.

Veränderungen der Polyketide vorhersagen

Bis die so aufgespürten neuen Naturstoffe in Medikamenten eingesetzt werden können, ist noch einiges zu tun: Schließlich müssen die vorhergesagten Strukturen erst einmal im Labor hergestellt und genau untersucht werden. Auch die Vorhersage will Steinbeck weiter verbessern.

„Diese Polyketide sind oftmals noch nicht die Strukturen, die man am Ende vorfindet“, erläutert der Jenaer Chemiker. „Unser Ziel ist, auch die Veränderungen vorherzusagen, die die Substanzen nach ihrer eigentlichen Herstellung in den Bakterien durchlaufen.“

Die Forschungsarbeit fand gemeinsam mit Teams der ETH Zürich (Schweiz), den Universitäten Algarve und Lissabon (Portugal), dem Institut Pasteur in Paris (Frankreich) und dem European Bioinformatics Institute in Cambridge (Großbritannien) statt.

Prof. Dr. Christoph Steinbeck
Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Lessingstraße 8
07743 Jena
Tel.: 03641 / 948171
E-Mail: christoph.steinbeck[at]uni-jena.de

Helfrich, E. J. N. et al. Automated structure prediction of trans-acyltransferase polyketide synthase products, Nature Chemical Biology (2019), DOI: 10.1038/s41589-019-0313-7

http://transator.ethz.ch – die Webanwendung
https://www.nature.com/articles/s41589-019-0313-7 – das Paper