Phenolische Biofilminhibitoren – Beeinflussung ähnlicher biologischer Prozesse trotz struktureller Diversität

Arzneipflanzen finden seit Jahrhunderten therapeutische Anwendung. Mehr als ein Viertel aller durch die FDA oder die EMA zugelassenen Arzneimittel ist natürlichen Ursprungs. Dies trifft insbesondere auf Arzneimittel zur Behandlung infektiöser Erkrankungen zu. Durch die Ausbreitung multiresistenter, vor allem gramnegativer Bakterien, sieht die WHO eine große Bedrohungslage der menschlichen Gesundheit [1]. Insofern besteht dringender Bedarf, neue Therapieoptionen zur Behandlung bakteriell bedingter Erkrankungen zu finden ([Abb. 1]).

Abb. 1  Schematische Übersicht des Prozesses zur Entwicklung des mathematischen Vorhersagemodells für Biofilminhibitoren, dessen Validierung und die darauf aufbauende Transkriptomanalyse.

In den letzten Jahren rückten neben bakteriostatisch oder bakterizid wirkenden Substanzen jene in den Fokus, die Virulenzfaktoren beeinflussen. Ein Angriffspunkt ist die Biofilmbildung, auf welche etwa 65% der weltweiten bakteriellen Infektionen zurückgeführt werden [2]. Zahlreiche Studien zeigten bereits die Wirksamkeit von Naturstoffen, insbesondere phenolische Substanzen, als Biofilminhibitoren [3]. Kürzlich beschäftigten sich Stepanov und Buchmann mit der Suche nach solchen neuen phenolischen Inhibitoren bei multiresistenten E. coli. Um Zeit und Kosten des Laborscreenings zu reduzieren, wurden Methoden des maschinellen Lernens genutzt. Aus den Vorhersagen des etablierten Modells gingen siebenfach mehr Inhibitoren hervor – der Hitoutcome wurde erheblich gesteigert [4]. Außerdem wurden noch unbekannte Inhibitoren gefunden.

Drei dieser Substanzen (Octylgallat, Scutellarein, Wedelolacton) und das vielfach beschriebene EGCG wurden anschließend mithilfe von RNAseq und RT-qPCR-Analysen untersucht, um Einblicke in die beeinflussten biologischen Prozesse zu erhalten. Es werden verschiedene beeinflussbare Stoffwechselwege im Zusammenhang mit der Biofilmbildung diskutiert [5]. In unserer Studie konnte gezeigt werden, dass strukturell diverse Substanzen ähnliche bakterielle Prozesse beeinflussen, vor allem die Motilität, Transportsysteme, den Citratzyklus und die Argininbiosynthese.

 

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• Literatur

• 1 World Health Organization. Available from: https://www.who.int/vietnam/news/feature-stories/detail/ten-threats-to-global-health-in-2019 [Accessed 17 January 2023]
• 2 Jamal M. et al. JCMA 2018; 81: 7-11
• 3 Pruteanu M. et al. Environ Microbiol 2020; 22: 5280-5299
• 4 Stepanov D. et al. J Nat Prod 2022; 85: 2255-2265
• 5 Hengge R.. Molecules 2019; 24: 2403

Publication History

Article published online:
14 June 2023