Synthese neuer Siderophore zur Untersuchung der Porengröße transmembraner Siderophor-Rezeptoren und Entwicklung von neuen Siderophor-Konjugaten für die Diagnose von Infektionen mit gramnegativen Bakterien

• Antragsteller: Professor Dr. Philipp Klahn
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418299168

Die Entwicklung neuer antimikrobieller Wirkstoffe und Konzepte zur Diagnose und Bekämpfung von pathogenen, gramnegativen Bakterien ist im Angesicht wachsender Resistenzen dieser Bakterien gegen etablierte Antibiotika von großer Wichtigkeit. Eine innovative Strategie zur Entwicklung neuer Antibiotika basiert auf der Konjugation von antimikrobiellen Wirkstoffen mit Siderophoren, niedermolekularen Eisenchelatoren, für die ein aktiver Transportmechanismus über die Zellmembran-Barriere von gramnegativen Bakterien durch Erkennung an transmembranen Siderophor-Rezeptoren existiert. Mit solchen trojanischen Konjugaten können Wirkstoffe oder Reporter-Moleküle aktiv an Bakterien geliefert, intrazellulär akkumuliert und so zur Therapie bzw. Detektion von Infektionen eingesetzt werden. Insbesondere Enterobactin und Salmocheline, als hochaffine Eisenbinder aus Enterobakterien, die eine wichtige Rolle für die Eisenakkumulation während Infektionen im humanen Wirt spielen, stehen im Fokus der Entwicklung von Siderophor-Konjugaten. Bisher herrscht jedoch Unklarheit über die Größe der nach Siderophor-Erkennung geöffneten Poren der für die Aufnahme verantwortlichen Siderophore-Rezeptoren in der bakteriellen äußeren Membran. Im Rahmen des vorliegenden Projektantrages ist geplant neue Enterobactin- und Salmochelin-Derivate mit einem neuen Verknüpfungspunkt für die Konjugation zu Effektor-Molekülen im Siderophor-Rückgrat, außerhalb des für die Erkennung des Siderophors am Rezeptor wichtigen Molekülbereiches, zu generieren und /für die Entwicklung neuer stimuli-sensitiver Siderophor-Reporter-Konjugate zur Detektion von Bakterien einzusetzen. Hierfür sollen neue Rhodamin-basierte Reporter-Moleküle mit latenter Fluoreszenz und einem Azo-Reduktase-sensitiven Amino-Trimethyl-Lock-Schalter entwickelt werden, welche nach Siderophor-vermittelter Aufnahme in Bakterien durch intrazelluläre Azo-Reduktasen aktiviert werden können. Im Weiteren sollen Indoheptacyanin-basierte, NIR-fluoreszente Reporter-Moleküle mit para-Nitrobenzyl-Trigger entwickelt werden, die nach Siderophor-vermittelter Aufnahme einen durch Nitro-Reduktasen induzierten Fluoreszenzshift in den roten sichtbaren Wellenlängenbereich zeigen. Auf Basis der generierten Siderophore sollen zusätzlich Siderophor-Konjugate mit Größen-definierten Dummy-Beladungen sowie stimuli-sensitive [2]-Rotaxan-Siderophor-Reporter-Konjugate entwickelt werden mit denen eine erste systematische Untersuchung der Poren von den Siderophor-Rezeptoren FepA und IroN hinsichtlich der möglichen Größe, Rigidität und Polarität von Konjugat-Beladungen ermöglicht werden soll. Die daraus generierten Struktur-Aktivitäts-Beziehungen sollen im Rahmen eines Folgeantrages für die Entwicklung neuer antimikrobieller Siderophor-Wirkstoff-Konjugate auf Basis der vorgestellten Siderophor-Derivate zur Therapie von Infektionen mit gramnegativen Bakterien genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen