Bakterier producerar en cocktail av olika bioaktiva naturprodukter för att överleva i fientliga miljöer med konkurrerande (mikro)organismer. I det aktuella numret av Natur kemisk biologi , forskare vid Goethe-universitetet visar att de gör det genom att modifiera grundläggande strukturer, liknande tillvägagångssättet inom läkemedelsforskning.

Fenaziner är utbredda och kemiskt olika bakteriella naturprodukter som kan fylla olika biologiska funktioner. Som antibiotika, vissa derivat dödar bakterier; andra är giftiga för svampar och/eller cancerceller. Det finns också derivat som gör att bakterierna kan överleva i en miljö som är fientlig mot dem, som människokroppen. Dessa virulensfaktorer är ofta avgörande för att bakterierna ska bli patogena.

Biokemiskt, alla fenaziner härrör från enkla grundstrukturer, såsom fenazin-1, 6-dikarboxylsyra eller fenazin-1-karboxylsyra, vars biosyntes är väl förstådd. Dock, dessa initiala strukturer kan drastiskt modifieras i periferin så att ett stort antal fenazinderivat är möjliga, flera av dem kan faktiskt hittas i olika bakterier. Forskargruppen Molecular Biotechnology under ledning av professor Helge Bode har nu lyckats identifiera nya mekanismer som gör att bakterierna kan modifiera dessa enkla grundstrukturer, resulterar i derivat som verkar på både grampositiva och gramnegativa bakterier, såväl som på celler från högre organismer.

"Bakterier kan bestämma vilka derivat som ska skapas med hjälp av en central ny aldehydintermediär såväl som aktiveringen av ett andra biosyntetiskt genkluster, " förklarar Dr Yi-Ming Shi, som undersökte detta system under ett Humboldt -stipendium. Detta innebär att bakterier använder mekanismer för läkemedelsutveckling liknande de som används inom läkemedelsforskning, där nya derivat produceras med samma grundstrukturer. Mest troligt använder bakterierna fenazinerna för att döda andra bakterier och svampar som är matkonkurrenter i deras specifika ekosystem. Med hjälp av en strategi för att skapa många olika typer av derivat, bakterierna är väl rustade för att motverka okända konkurrenter, eftersom cocktailen av derivat uppvisar ett brett spektrum av biologisk aktivitet.

"Det skulle nu vara fascinerande att ta reda på hur bakterier faktiskt känner igen vilka derivat som krävs vid en given tidpunkt, "säger Helge Bode." Antingen producerar de bara de derivat som faktiskt krävs, eller så har bakterierna en arsenal av derivat så att de är förberedda för alla situationer."

Gruppen kommer därför att fortsätta sin forskning inom detta område. De första resultaten av de underliggande regleringsmekanismerna som också skulle kunna användas för biotekniska tillämpningar verkar lovande.