Naturstoffforschung

Unsere Forschungsmotivation

Die Natur hat sich als wertvolle Quelle für kleine, bioaktive Moleküle erwiesen, die zur Vorbeugung und Behandlung von Krankheiten eingesetzt werden können. Mikrobiell gewonnene Naturstoffe (NPs) spielen als Wirkstoffe in pharmazeutischen, veterinärmedizinischen und landwirtschaftlichen Produkten eine besonders wichtige Rolle. Um diese Erfolgsgeschichte fortzusetzen, müssen kontinuierlich neue chemische Einheiten, die die gewünschten biologischen Eigenschaften aufweisen, entdeckt werden.

Unser Ansatz

Im Rahmen einer öffentlich-privaten Partnerschaft, wurde die voll funktionsfähige Plattform zur Entdeckung neuer Naturstoffe von Sanofi an das Fraunhofer IME übertragen. Im Zuge dessen steht nun der gesamte Arbeitsablauf allen PartnerInnen des IME-BR offen. Dieser deckt alle wesentlichen Kernaspekte, beginnend bei Kultivierung von Mikroorganismen im Milliliter-Maßstab, bis hin zum aufgereinigten Naturstoff, ab. Darüber hinaus entwickeln wir die an uns übertragenen Techniken ständig weiter und passen sie an die spezifischen Bedürfnisse unserer KundInnen. Das Kernelement unserer Abteilung ist eine der weltweit größten industriellen Stammsammlungen, bestehend aus über 110.000 Mikroorganismen. Die darin abgebildete Biodiversität umfasst vor allem talentierten Naturstoffproduzenten, wie Actinomyceten, Bacilli und Myxobakterien, sowie  eine Vielzahl von Pilzen. Die phylogenetische Vielfalt wird von uns durch systematische Kultivierungskampagnen stets erweitert.  Hierbei fokussieren wir uns besonders auf die Isolierung von seltenen und dementsprechend wenig erforschten Mikroorganismen und bedienen uns dabei u.a. an Droplet-Mikrofluidik-Technologie. Wir verwenden unserer Bioressourcen um mikrobielle Naturstoffextrakte zu generieren und profilieren. Am Ende der Wertschöpfungskette steht meist die Isolierung neuartiger Verbindungen mit potentieller Anwendung in der Human- und Veterinärmedizin (z. B. Antibiotika, Antinematoden) sowie in der Landwirtschaft (z. B. Insektizide, Fungizide, Herbizide). Unterstützt wird dies zusätzlich durch unsere hochmoderne Analytik, der auf einer einzigartigen Referenzdatenbank mit mehr als 1500 Reinsubstanzen zu Grunde liegt.

Unsere Abteilung hat in den letzten Jahren mehrere gemeinsame Forschungsprojekte mit Pharma-, Tiergesundheits- und Agrochemieunternehmen erfolgreich durchgeführt und das Know-how erworben, Kollaborationsprojekte zielgerichtet und fristgerecht durchzuführen.

NP-Forschungsplattform

Projekte am Fraunhofer IME beginnen häufig mit Analysedienstleistungen von Proben und Produkten unserer PartnerInnen. Diese Charakterisierungen beinhalten beispielsweise:

• Bioaktivitätsscreenings
• Identifizierung bioaktiver Inhaltsstoffe
  
• Chemische Dereplikation
  
• Produktoptimierung
• Isolierung von Wirkstoffen
  

Profitieren Sie von unserer umfangreichen Sammlung von Mikroorganismen, mikrobiellen Naturstoffen, sowie vom Engagement unseres hochqualifizierten Experten-Teams, welches gerne an Ihren herausfordernden neuen Forschungsprojekten mitarbeitet.

Zugang zu unseren einzigartigen Bioressourcen

Die Sanofi-Stammsammlung und damit verbundenen mikrobiellen NP-Extrakten und Reinsubstanzen ist das Erbe von über 7 Jahrzehnten engagierter industrieller Bemühungen, mikrobielle Diversität und deren Produkte im Labor zugänglich zu machen. Diese einzigartige Sammlung besteht aus 110 000 Mikroorganismen (alle vor 2014 gesammelt, Nagoya konform) und wird bis heute systematisch betreut bzw. kuratiert. So finden sich über 80 000 Actinomyceten, >2000 Myxobakterien, >1000 Firmicutes und mehr als 25 000 Pilze in der Sammlung. Durch spezifische Kultivierungsansätze erweitern wir die Diversität der Sammlung durch selten kultivierte  phylogenetische Zweige, wie z.B. Acidobacteria. Unsere eigens entwickelte Stammmanagement-Software hilft uns die Stammcharge mit biochemischen, genetischen und analytischen „omics“- Daten zu verknüpfen. So ist es uns möglich die Stammbank nach gewünschten Eigenschaften zu durchsuchen und zielgerichtete Kultivierungsansätze durchzuführen. Gleichzeitig können wir so die Datenintegrität unserer KundInnen und KollaborationspartnerInnen gewährleisten.

Greifen Sie auf unsere Hochdurchsatz-Screening-Plattform zu

Von multiresistenten Bakterien bis zu phytopathogenen Pilzen oder Parasiten wie Helminthen: Die Screening-Plattform des IME-BR bietet eine Vielzahl von Assays zur Identifizierung von Extrakten mit den gewünschten antimikrobiellen/antiparasitären Eigenschaften. Der flexible Workflow ermöglicht einerseits Zugang zu einer Vielzahl bereits etablierter Assays und andererseits die flexible Integration neuer Testsysteme. Automatisiertes Liquid Handling ermöglicht die Testung von Proben geringem Volumens in hohem Durchsatz und garantiert robuste Daten auf Industriestandard.

Neben der Bestimmung der Bioaktivität, können Proben auf enzymatische Aktivität (z.B. Chitinase oder Beta-Lactamase Aktivitität) gescreent werden. PCR-basierte Screenings von DNA-Extraktbibliotheken können verwendet werden, um zielgerichtet Stämme mit spezifischen Eigenschaften zu identifizieren.

Profitieren Sie von unserem einzigartigen Analyseservice

Das IME-BR verfügt über eine hochmoderne UHPLC-HRMS-basierte Analyseplattform für die Analyse von Extrakten. Die Messungen werden an einem Agilent 1290 Infinity® LC-System durchgeführt, das mit einem maXisII ™ (Bruker Daltronics) ESI-QTOF - ultrahoch auflösenden Massenspektrometer gekoppelt ist.

Metabolomische  Ähnlichkeitsanalysen und automatische Annotation bekannter Naturstoffe mittels interner Datenbanken gewähren wertvolle Einblicke in die zu untersuchenden Proben. Dabei kann die Annotationsdatenbank durch projektspezifische Verbindungsklassen erweitert werden (z. B. bekannte Antimykotika, Herbizide und Toxine). Unter Verwendung der sogenannten »Mikrofraktionierung«, kann die im Primärscreening beobachtete Bioaktivität eines Rohextraktes, einer oder mehrere Substanzen zugeordnet werden. Somit können Substanzen in Gemischen (Extrakten) unabhängig voneinander untersucht werden.

Die Analyse der UV-, MS- und MS/MS-Daten beinhaltet u.a. Datenbankabgleiche (interne und kommerzielle Stoffdatenbanken) und eine offline Ähnlichkeitsberechnung der Fragmentierungsmustern aller detektierter Verbindungen zu Datenbanksubstanzen  (»molecular networks«).