Wirkstoffsuche mit riesigem Schlüsselbund

4. Juli 2015, 17:17
posten

Guntram Christiansen will mit seinem Start-up Miti Biosystems medizinische Wirkstoffe finden, indem er Peptidmoleküle aus der Natur manipuliert

Wien – Als der englische Arzt Alexander Fleming 1928 einmal seine Bakterienkulturen untersuchte, entdeckte er, dass sie mit einem Schimmelpilz kontaminiert waren. Interessanterweise waren dabei gerade die Bakterien rund um die Pilzkolonien abgetötet. Die antibakterielle Substanz, die dieser Schimmelpilz, Penicillium notatum, produzierte, wurde später als Penicillin bekannt. Als erstes Antibiotikum hat es die Behandlung bakterieller Infektionen grundlegend verändert.

Penicillin ist, chemisch gesehen, ein sogenanntes Zyklopeptid, ein kleines Molekül mit ringförmiger Struktur, das bei der Zellteilung von Bakterien eingreift und den Aufbau von neuen Zellwänden blockiert. "Die Medizin hat sich die spezifischen Eigenschaften des Peptids für die Bekämpfung von Krankheiten zunutze gemacht", erläutert Guntram Christiansen – eine Überlegung, die nun auch der Biotechnologe anwenden möchte, und zwar im großen Stil.

Systematische Umprogrammierung

Peptide werden in der Natur von Organismen aller Art gebildet, der Variantenreichtum ist enorm. Der Wissenschafter plant, möglichst viele Peptidvarianten auf ihre Wirksamkeit gegen Krankheiten zu testen. Er kam auf die Idee, die Peptide im Labor systematisch umzuprogrammieren und zu variieren, um neue bioaktive Substanzen zu finden, die – ähnlich wie Penicillin – eine therapeutische Funktion erfüllen. Der Wissenschafter hat dafür im Herbst 2014 das Start-up Miti Biosystems gegründet, das unter anderem von der österreichischen Förderagentur AWS unterstützt wird.

Angefangen hat alles im Forschungsinstitut für Limnologie am Mondsee in Oberösterreich, wo sich Christiansen jahrelang mit der Bildung von Peptiden etwa in Cyanobakterien befasst hat.

Patent mit Potenzial

Das Institut, das damals noch zur Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) gehörte – mittlerweile ist es Teil der Universität Innsbruck -, habe ihm bei seinen Forschungen eine ungeheure Freiheit eingeräumt. "Es hätte auch sein können, dass ich auf dem Holzweg bin", blickt Christiansen zurück. Nach der Patentanmeldung 2010 und dem darauffolgenden regen Interesse von Pharmaindustrie, Förderinstitutionen und Venture-Kapital-Gebern sei aber klar geworden, dass seine Idee Potenzial hat.

Sie gründet darauf, die Vorteile zweier heilender Konzepte zu verbinden: Auf der einen Seite sind das Antikörper, Proteine mit spezifischer Bindungsfähigkeit, die Zielmoleküle, etwa Krankheitserreger, adressieren können. Auf der anderen Seite stehen die sogenannten "small molecules", kleinere Moleküle, die weniger spezialisiert sind, also über eine "geringere Informationsdichte" verfügen, dafür aber Plasmamembranen durchdringen und zu therapeutischen Zwecken in Zellen eindringen.

Molekularer Gartenschlauch

Die zyklischen Peptide können die positiven Eigenschaften beider Gruppen vereinen. Die ringförmige Struktur verleiht den Molekülen Stabilität. "Es ist wie bei einem Gartenschlauch, der sich windet, wenn das Wasser durchschießt. Verknotet man ihn aber, bekommt man eine feste Form", erläutert der Forscher.

Die Natur hat im Lauf der Evolution zwei Wege gefunden, Peptide in den Organismen herzustellen: Sogenannte nichtribosomale Peptide (NRP) werden über verschiedene Enzyme gebildet. Penicillin fällt etwa in diese Kategorie. Christiansen greift bei seinem Ansatz aber auf den alternativen Syntheseweg der RiPPs (ribosomal synthetisierte und posttranslational modifizierte Peptide) zurück. Dieser hat den Vorteil, dass er besser zugänglich für die Manipulation im Labor ist, erklärt der Biowissenschafter.

Milliarden Varianten

Christiansens Modifikationen bestehen darin, dass er die Aminosäuren, aus denen die Peptide bestehen und die von bekannten Enzymen in die ringförmigen Strukturen gebracht werden, rekombiniert. 20 gängige Aminosäuren werden immer wieder neu auf acht Positionen angeordnet, was insgesamt mehr als 25 Milliarden mögliche Varianten ergibt "Wir haben hier sehr schnell unglaublich viele Strukturvarianten", erläutert der Wissenschafter. Die Milliarden von Peptidversionen werden als sogenannte Strukturbibliotheken, die Christiansen entwickelt, einem systematischen Screening unterzogen.

Es wird geprüft, ob sich eine davon für einen von der Pharmaindustrie gewünschten therapeutischen Zweck, beispielsweise als Antibiotikum oder als Krebsmedikament, eignet. "Es ist wie ein riesiger Schlüsselbund. Die Krankheit ist das Türschloss, und wir kommen mit 20 Milliarden Schlüsseln, um zu schauen, ob einer passt", veranschaulicht Christiansen.

Therapeutische Nischen

Im Jahr 2014 waren die Vorarbeiten erledigt, und der Biotechnologe hat mit einem Kollegen das Unternehmen in Wien gegründet, um das Forschungskonzept umzusetzen. Neben der wissenschaftlichen Infrastruktur, die der Standort an den Max F. Perutz Laboratories am Vienna Biocenter bereitstellt, profitiere Miti Biosystems auch von den Möglichkeiten, die die Universität Cambridge in Großbritannien bietet, wo der erste Angestellte des Start-ups forscht, so Christiansen.

Bis 2017 soll nun eine Phase der "Tiefenvalidierung" erfolgen, nach der Christiansen so weit sein will, zu entscheiden, welche therapeutische Nische – Infektionskrankheiten, Krebsmedizin, vielleicht Orphan-Drugs, also Arzneimittel gegen eine seltene Krankheit – angesteuert werden soll. Sollten "viele passende Schlüssel" gefunden werden, wäre es auch denkbar, Teile auszulizenzieren, so der Unternehmer.

Allerdings musste das Start-up auch bereits einen "Schock" verkraften. Christiansen ist sein Co-Gründer Jason Slingsby in Richtung des britischen Forschungsunternehmens Oxford Biomedica abhandengekommen. Aktuell ist der Gründer deshalb auf der Suche nach einem neuen CEO, bevor das Unternehmen wieder durchstarten kann, um vielleicht – ähnlich dem Penicillin – eine neue revolutionäre Naturwirkstoff-Variante zu finden. (Alois Pumhösel, 4.7.2015)

  • Guntram Christiansen hat unter anderem  Peptidmoleküle aus Cyanobakterien verwendet, um Milliarden Varianten von  ihnen  herzustellen. Er hofft, dass einige davon zu therapeutischen  Anwendungen etwa für Infektionskrankheiten oder Krebs führen.
    foto: rainer kurmayer/universität innsbruck

    Guntram Christiansen hat unter anderem Peptidmoleküle aus Cyanobakterien verwendet, um Milliarden Varianten von ihnen herzustellen. Er hofft, dass einige davon zu therapeutischen Anwendungen etwa für Infektionskrankheiten oder Krebs führen.

Share if you care.