Etablierung eines innovativen Ko-Kultivierungssystems zur Hochdurchsatzidentifizierung von antimikrobiellen Wirkstoffen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Vera Meyer
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404295023

Vor dem Hintergrund der drängenden globalen Herausforderung zunehmender Multiresistenzen in pathogenen Bakterien und Pilzen muss mikrobiologisch als auch verfahrenstechnisch Neuland betreten werden. Die seit Robert Koch vorherrschende Kultivierungsmethodik einer Reinkultur muss mit innovativen Technologien für stabile Mischkultivierungen erweitert werden.Die Durchforstung von Genomsequenzdaten aus filamentösen Bakterien und Pilzen nach neuen antibiotischen und antimykotischen Genen führte in den letzten zwei Jahrzehnten zu der überraschenden Erkenntnis, dass in den meisten sequenzierten Spezies ca. 30-50 Gencluster vorhanden sind, die ähnlich wie das Penicillin aus dem Pilz Penicillium chrysogenum, eine neue Ära in der Medizin einleiten können. Die Überraschung: die meisten der gefundenen Gencluster sind inaktiv und werden nicht in eine bioaktive Substanz "übersetzt", wenn Bakterien oder Pilze in Reinkultur kultiviert werden. Dieses Potential kann also mit Methoden der klassischen Mikrobiologie nicht ausgeschöpft werden und ist einer der wesentlichen Gründe, warum seit ca. 20 Jahren keine neuen antibiotischen Produktklassen in mikrobiellen Monokulturen identifiziert wurden. Die "tiefhängenden Früchte" sind geerntet und das Ende der Ära der Reinkultur muss somit eingeläutet werden. Wissenschaftliches Neuland kann nur betreten werden, wenn mikrobielle Stoffwechselaktivitäten in Mischpopulationen betrachtet werden und somit auch der Stoffwechsel von bis dato unkultivierbaren Mikroorganismen analysiert werden kann, die in Reinkultur nicht lebensfähig sind. Diese Analyse muss systembiologisch erfolgen (auf Transkriptom-, Proteom- und Metabolomebene), um ein ganzheitliches Verständnis from genotype-to-chemotype zu ermöglichen sowie technisch eine Lösung für eine kontrollierte und reproduzierbare Kultivierungsmethodik zu liefern, um eine verlässliche Datenlage sicherzustellen.Das Forschungskonzept des vorliegenden Antrages stellt sich der Herausforderung für die Entwicklung neuartiger Ko-Kultivierungsmethodiken, die natürlich vorkommende Mischpopulationen im Labor stabil kultivieren lassen, um bisher noch unbekannte Substanzen und Substanzklassen für die gesellschaftlichen Anforderungen unserer Zeit zu identifizieren, auf potentielle Bioaktivitäten zu überprüfen und deren genetische Grundlagen zu entdecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen