?ber 70 Prozent aller zurzeit eingesetzten Antibiotika haben ihren Ursprung in natürlichen Substanzen, die man aus Pflanzen, Pilzen, Bakterien und marinen Organismen gewinnt. Im Kampf gegen Infektionskrankheiten ist der Mensch auf neue Wirkstoffe aus der Natur besonders angewiesen, da Krankheitserreger sich stets ver?ndern und neue gef?hrliche St?mme hervorbringen. Dabei sind die natürlichen Ressourcen l?ngst noch nicht ausgereizt. Allein im Pflanzenreich wurden bisher nur etwa zehn Prozent aller Gef??pflanzen nach geeigneten Wirkstoffen durchsucht. Weltweit sind zurzeit etwa 250.000 Strukturen von pflanzlichen Substanzen (Sekund?rmetaboliten) in wissenschaftlichen Datenbanken gespeichert; die Gesamtanzahl sch?tzt man auf 500.000. Ein systematisches Durchforsten des Pflanzenreichs fand bisher jedoch nicht statt; vielmehr erfolgte die Wirkstoffsuche vereinzelt, teils in Pflanzen mit bekannter Heilwirkung, teils in pr?ferierten Arten oder geografischen Regionen oder abh?ngig von Art und Sensitivit?t der eingesetzten Nachweismethoden.
Das bisher gesammelte Wissen zu Heilpflanzen und ihren Wirkstoffen ist zudem nicht einheitlich dokumentiert; Pflanzen werden regional unterschiedlich benannt und die aus ihnen isolierten Metaboliten in der Fachliteratur mit verschiedenen Trivialnamen versehen. Einen ersten Schritt zur Sichtung, Sammlung und Vereinheitlichung dieses Wissens haben die Leipziger und hallischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun getan. Dafür trugen sie exemplarisch zum Pflanzenbestand der Insel Java Informationen zu den bekannten Sekund?rmetaboliten, der Abstammungsgeschichte und Verbreitung zusammen. Erfasst wurden rund 7500 Pflanzenarten, denen insgesamt 16500 der in den Substanzdatenbanken notierten Metaboliten zugeordnet werden konnten. Knapp 2900 dieser Metaboliten waren nach aktuellem Wissensstand als Substanzen mit anti-infektiver Wirkung gegen Viren, Bakterien, Pilze oder Parasiten gelistet. Diese 2900 potentiellen Wirkstoffe werden von insgesamt 1600 der vorhandenen 7500 Arten produziert.
Bioaktive Wirkstoffe werden demnach nicht von allen Pflanzenarten gleicherma?en gebildet. ?Vielmehr kommt es in einzelnen Pflanzenfamilien zu einer H?ufung von – evolution?r meist nahe verwandten - wirkstoffproduzierenden Arten“, sagt Professorin Alexandra Müllner-Riehl vom Institut für Biologie der Universit?t Leipzig, die auch iDiv-Mitglied ist. Um diese wirkstoffreichen Pflanzengruppen besser eingrenzen zu k?nnen, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die genetischen Daten und die Metaboliten-Daten analytisch vereint. Dadurch lie?en sich jene Pflanzengruppen ermitteln, in denen anti-infektive Inhaltsstoffe signifikant geh?uft vorkommen, und solche, in denen nur wenige anti-infektive Aktivit?ten dokumentiert sind. ?Mit Hilfe dieser Information lassen sich Pflanzengruppen, die wahrscheinlich anti-infektive Inhaltsstoffe besitzen, bisher aber noch nicht daraufhin untersucht wurden, gezielter identifizieren“, erkl?rt Dr. Jan Schnitzler (Universit?t Leipzig und iDiv). Gleichzeitig erlaubt die Studie, die Arten zu finden, von denen bisher verh?ltnism??ig wenig über vorhandene Wirkstoffe berichtet wurde. Laut Professor Ludger Wessjohann vom IPB (auch iDiv-Mitglied) sollte man diese Arten bei der Wirkstoffsuche dennoch nicht unberücksichtigt lassen, ?denn hier ist die Wahrscheinlichkeit hoch, Heilsubstanzen mit g?nzlich unbekannten Strukturen zu finden“.
Der Ansatz erlaubt auch, erfolgversprechende wirkstoffreiche Regionen einzugrenzen. Demnach findet sich in den Bergregionen von Java die gr??te Vielfalt an Pflanzenarten und hier ist auch die h?chste Dichte an Pflanzen mit anti-infektiven Wirkstoffen zu erwarten. Die Suche nach neuen Wirkstoffen wird daher in artenreichen Gebieten eher zum Erfolg führen, als in den weniger diversen und landwirtschaftlich genutzten Tiefebenen von Zentral- und West-Java. Mit den entsprechenden Anpassungen k?nne der Workflow problemlos auf andere geografische Gebiete oder andere Wirkstoffgruppen übertragen werden, betonen Wessjohann und Müllner-Riehl.
Die Studie wurde im Rahmen des BMBF-Projekts ?BIOHEALTH - Pflanzliche Biodiversit?t Indonesiens und menschliche Gesundheit“ gef?rdert. Das Verbundprojekt mit Partnern aus deutschen und indonesischen Forschungseinrichtungen wird von der Universit?t Leipzig koordiniert.
Originalpublikation:
Laura Holzmeyer, Anne-Kathrin Hartig, Katrin Franke, Wolfgang Brandt, Alexandra N. Muellner-Riehl, Ludger A. Wessjohann & Jan Schnitzler. Evaluation of plant sources for anti-infective lead compound discovery by correlating phylogenetic, spatial, and bioactivity data. PNAS, DOI:10.1073/pnas.1915277117
