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Forschende der UMR entschlüsseln, wie ein Pilz ungewöhnliche Naturstoffe herstellt

Einblicke in die molekulare Werkstatt eines Schimmelpilzes.

Das Forschungs-Team aus der Marburger Pharmazie (v.l.n.r.): Dr. Daniel J. Janzen, Jingjing Wu, Meiting Wu und Prof. Dr. Shu-Ming Li. Bildnachweis: Leyao Chen.

Pilze sind tolle Chemiewerkstätten: Mit ihren Enzymen produzieren sie eine Vielzahl komplexer Naturstoffe, die ihnen helfen können, sich gegen Konkurrenten durchzusetzen oder ihre Umwelt zu beeinflussen. Wie solche Moleküle entstehen, hat ein Forschungsteam der Philipps-Universität Marburg um Prof. Dr. Shu-Ming Li nun am Beispiel eines Schimmelpilzes genauer untersucht. Die Ergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society (https://doi.org/10.1021/jacs.6c13983) veröffentlicht.


Ungewöhnliche Stoffe mit spezifischer Reaktivität

Im Mittelpunkt der Studie steht der Schimmelpilz Aspergillus ustus. Die Forschenden um Prof. Dr. Shu-Ming Li vom Institut für Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie haben aufgeklärt, wie der Pilz ein besonders ungewöhnliches Naturstoffmolekül herstellt. Dabei entsteht eine chemische Ringstruktur, die in Naturstoffen nicht häufig vorkommt und sich durch besondere Reaktivität auszeichnet.


Von Pilzen lernen

„Pilze verfügen über eine erstaunliche chemische Vielfalt, die wir bislang nur zu einem kleinen Teil verstehen“, sagt Shu-Ming Li. „Indem wir nachvollziehen, wie sie komplexe Naturstoffe herstellen, gewinnen wir nicht nur neue Einblicke in ihren Stoffwechsel. Wir können auch Enzyme entdecken, die sich künftig für die gezielte Herstellung neuer Moleküle nutzen lassen.“

Das Forschungsteam identifizierte die Gene und Enzyme, mit denen der Pilz den Naturstoff Ustidriman A aufbaut. Dabei entdeckten die Forschenden einen bislang unbekannten Weg: Zwei Redoxenzymklassen arbeiten schrittweise zusammen und formen innerhalb desselben Grundgerüsts zwei unterschiedliche Lacton-Ringstrukturen. Dabei hatten Forschende insbesondere die Bildung seltener β-Lactone bei dieser Naturstoffgruppe noch nicht beschrieben. „Dem Pilz verschaffen solche Naturstoffe ökologische Vorteile, etwa durch die Abwehr konkurrierender Mikroorganismen oder Fraßfeinden“, kommentiert Shu-Ming Li.

Die Ergebnisse zeigen, welches Potenzial Pilze als Quelle neuer Naturstoffe und chemischer Werkzeuge besitzen. Ein besseres Verständnis ihrer molekularen Werkstätten kann helfen, gezielt nach neuen bioaktiven Stoffen zu suchen und ausgewählte Enzyme für die biotechnologische Herstellung und Veränderung komplexer Moleküle einzusetzen. Solche Naturstoffe können langfristig auch interessante Ausgangspunkte für die Entwicklung neuer Wirkstoffe sein.

Prof. Dr. Shu-Ming Li lehrt Pharmazeutische Biologie an der Philipps-Universität Marburg. An der Studie war außerdem Prof. Dr. Wen-Bing Yin von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften beteiligt, der an der Universität Marburg promoviert wurde. Die Forschungsarbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und durch das Stipendienprogramm „China Scholarship Council“ des chinesischen Bildungsministeriums gefördert.


Forschungsschwerpunkt "Agroökosysteme, mikrobielle Ressourcen und Klimaresilienz“"

Im Schwerpunkt „Agroökosysteme, mikrobielle Ressourcen und Klimaresilienz“ stehen Mikroorganismen und Ökosysteme im Zentrum der Forschung zu globalen biogeochemischen Kreisläufen und deren Einfluss auf Klima, Landwirtschaft und Biodiversität. Interdisziplinäre Forschungsteams untersuchen, wie Mikroben CO₂ umwandeln, Ökosysteme resilient machen und innovative Lösungen für Klimawandel und nachhaltige Agrarsysteme liefern, um die Balance zwischen Umwelt, Produktivität und globaler Gesundheit zu fördern.


Kontakt

Philipps-Universität Marburg
Prof. Dr. Shu-Ming Li
Institut für Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie

E-Mail: shuming.li@staff.uni-marburg.de