Isolierung und Charakterisierung von neuen Naturstoffen aus marinen Pilzen

Jansen, Nils

Auf der Suche nach neuen bioaktiven Substanzen bietet die Natur unvergleichbare Ressourcen. Die Anzahl an neuen Naturstoffen aus dem marinen Habitat ist im Vergleich zur Anzahl an terrestrischen Naturstoffen zwar noch geringer, nimmt aber stetig zu. Neben Makroorganismen sind vor allen Dingen marine Mikroorganismen eine gute Quelle für neue Naturstoffe aus dem Meer. Die Kultivierung von marinen Mikroorganismen ist in Bezug auf die Kosten, die Zeit und der Umgang mit äußeren Störeinflüssen deutlich einfacher, als die Anzucht von Makroorganismen in Aquakulturen oder gar die Entnahme aus der Natur. Von allen zurzeit in den klinischen Phasen I bis III befindlichen Wirkstoffen wurde nur ein einziger aus einem Pilz isoliert. Plinabulin wurde aus dem Pilz Aspergillus ustus isoliert und zeigt antineoplastische Aktivitäten. Damit dies nicht der einzige mykologische Wirkstoff bleibt, sind die Untersuchungen von marinen Pilzen unerlässlich. In der vorliegenden Arbeit wurden drei Kriterien festgelegt und überprüft, um aus einer großen Anzahl an Stämmen den potentesten Produzenten für neue bioaktive Substanzen herauszufiltern. Zum Ende der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Erfüllung von nur einem meiner drei Kriterien nicht ausreicht, um effizient eine Auswahl für einen Pilz zu treffen, der neue bioaktive Substanzen produzieren kann. Die Auswahl sollte sich eher auf zwei der drei Kriterien stützen. Aus einem Set von 101 Stämmen aus der Stammsammlung des Kieler Wirkstoff-Zentrums wurde anhand der Kriterien die Anzahl auf elf zu untersuchende Stämme reduziert. Aus zehn dieser elf Stämme wurden 36 Metabolite isoliert und durch Dereplikation literaturbekannten Substanzen zugeordnet. Besonders auffällig war der elfte Pilz Bartalinia robillardoides, denn aus ihm konnten vier neue und teilweise bioaktive Substanzen (Helicusin E, Isochromophilon X, Isochromophilon XI und Bartanolid) sowie drei literaturbekannte Substanzen (Helicusin A, Helicusin A-metyhlester und Deacetylsclerotiorin) isoliert werden. Sechs wurden in die Gruppe der Chloroazaphilone eingeordnet und der Siebente zeigte Ähnlichkeiten zu anderen kleinen Polyketiden. Wegen seiner erstmaligen Isolierung und der Ähnlichkeiten wurde er als Bartanolid bezeichnet. Für alle Naturstoffe wurde die Struktur aufgeklärt und für Bartanolid komplett die absolute Konfiguration bestimmt. Da der Pilz für einen äußerst potenten Produzenten gehalten wurde, wurde versucht, die Sekundärmetabolitproduktion durch Variation der Kultivierungsbedingungen (OSMAC-Prinzip) zu verändern. Die Verwendung von einem epigenetischen Modulator verlief erfolgreich und das Wachstum des Pilzes konnte um das Dreifache gesteigert werden. Marine Pilze sind überaus potente Naturstoffproduzenten, denn bis dato sind über 1.000 neue Naturstoffe aus Pilzen isoliert worden. Diese offerieren ein breites Spektrum an Aktivitäten und besitzen teilweise sogar pharmakologisch relevante Aktivitäten. Nur die intensive Forschung kann das Potential von marinen Pilzen ausschöpfen, um die stete Nachfrage nach effizienteren Medikamenten und Leitstrukturen für neue Wirkstoff zu decken.

In search of new bioactive compounds nature offers unparalleled resources. The number of bioactive natural products obtained from the marine habitat compared to the number of terrestrial compounds is still smaller but it is increasing steadily. Besides macroorganisms, marine microorganisms are a particularly good source for gaining unknown natural products from the sea. The cultivation of marine microorganisms is cheaper, less time consuming and external disturbances are less probable and easier to handle than in the cultivation of macroorganisms in aquacultures or even sampling natural macroorganisms. Of all natural agents, which reached the clinical phases I to III, only one was derived from a fungi. Plinabulin was isolated from the fungus Aspergillus ustus and exhibits antineoplastical activities. To enhance the number of mycological agents, a further investigation of marine fungi is essential. In the course of this thesis, three criteria were established and verified to gain the most potent fungal producers of new bioactive substances from the large number of strains. And it was shown that if only one of the three criteria is fulfilled the selection is not efficient enough to find a new producer of new secondary metabolites. Two of the three criteria have to be fulfilled to find a new fungus that is capable of producing new compounds. On the basis of these criteria eleven strains were chosen from a set of 101 strains from the strain collection of the Kieler Wirkstoff-Zentrum. 36 metabolites were isolated from ten of these eleven strains and were identified with the help of dereplication. The eleventh fungus Bartalinia robillardoides was striking as it did not only produce three already known compounds (Helicusin A, Helicusin A-metyhlester and Deacetylsclerotiorin), but furthermore four new and partly bioactive substances were isolated (Helicusin E, Isochromophilon X, Isochromophilon XI und Bartanolid). Of these seven substances six were affiliated to the group of chloroazaphilones and the seventh showed remarkable similarities to smaller polyketides. Due to its origin and similarities it was called Bartanolid. The structure of all the new substances was elucidated and for Bartanolid even the absolute configuration was determined. As the fungus was thought to be very potent, the cultivation conditions were varied to enhance the secondary metabolite productions (OSMAC-principle). The growth of Bartalinia robillardoides was stimulated successfully until it was three times its original size by using an epigenetic modulator. Thitherto a thousand new natural products have been isolated from marine fungi and thus marine fungi are prolific resources of new bioactive substances. They offer a broad spectra of activities and some are even pharmacological relevant. To meet the growing demand for new efficient drugs and drug leads, intensive research in the field of marine fungi will be required in the future.

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Jansen, Nils: Isolierung und Charakterisierung von neuen Naturstoffen aus marinen Pilzen. 2012.

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