Wissenschaft : Wissenschaftler sequenzieren Schimmelpilzgenom, das uns Penicillin, das erste Antibiotikum, gab

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(Credit: CABI) Die Entdeckung von Antibiotika durch den schottischen Wissenschaftler Alexander Fleming ist eine der größten Errungenschaften der Menschheit. Plötzlich konnten Krankheiten, die die Menschheit seit Generationen plagten, mit wenigen Injektionen behandelt werden. Und das alles dank eines Penicillium-Pilzstamms. Jetzt hat ein Team vom Imperial College London und der Oxford University die Form wiederbelebt, um zum ersten Mal sein Genom zu sequenzieren.

Fleming wollte 1928 nicht die Medizin wechseln, bemerkte jedoch, dass der in einer seiner Petrischalen wachsende Penicillium-Pilz die kultivierten Staphylococcus-Bakterien effektiv abgetötet hatte. Aus dieser Form isolierte Fleming Penicillin. Schimmelpilze wie Penicillium rubens produzieren auf natürliche Weise Antibiotika. Im Fall von Penicillin enthält das Molekül eine β-Lactam-Ringstruktur, die die Fähigkeit von Bakterien beeinträchtigt, neue Zellwandsegmente zu bilden. Ohne Zellwand stirbt das Bakterium unter den meisten Umständen schnell ab.

Es wäre keine Übertreibung zu sagen, dass Penicillin die Welt verändert hat. Es wurde Fleming 1945 mit einem Nobelpreis ausgezeichnet. In Anerkennung der Bedeutung des ursprünglichen Stammes (oben) haben Wissenschaftler ihn kryogen für zukünftige Studien aufbewahrt. Das britische Team war daran interessiert, einige Experimente mit diesem ursprünglichen Stamm durchzuführen, stellte dann jedoch fest, dass niemand jemals die Gene von Flemings Penicillium sequenziert hatte. Das haben sie also getan.

Das Team verglich den Fleming-Stamm mit zwei kommerziellen Penicillium-Schimmelpilzstämmen, die in den USA entwickelt wurden. Die US-Stämme basierten auf einem Wildstamm, der auf einer Melone gefunden wurde, waren aber auch Gegenstand früher Versuche zur genetischen Manipulation und künstlichen Selektion. Wissenschaftler des 20. Jahrhunderts bombardierten den Pilz mit Röntgenstrahlen und kultivierten sorgfältig die Sporen, die den höchsten Penicillinspiegel produzierten.

Penicillium wächst auf einer Orange.

Die Mutation des Genoms erhöhte die Penicillinproduktion, aber die Veränderungen waren nicht so dramatisch wie erwartet. Das Team untersuchte die Gene für die Penicillinproduktion und die Gene, die diese Produktion regulieren. Interessanterweise scheint das Regulierungssystem in Flemings Schimmel und den mutierten US-Stämmen identisch zu sein. Die US-Stämme haben jedoch mehr Kopien der Gene, um das Molekül zu produzieren. Das Team fand auch einige Unterschiede in den kodierenden Genen, was auf natürliche evolutionäre Veränderungen hinweist, die auf den Bakterien beruhen, denen der Schimmelpilz in seiner natürlichen Umgebung begegnet.

Wenn wir mehr darüber erfahren, wie sich Penicillium rubens verändert hat, um dem Menschen zu dienen, können wir neue Methoden der Kultivierung und Optimierung entdecken. Das Team hat die Studie auf der Nature-Website offen zugänglich gemacht, sodass jeder die Reihenfolge überprüfen kann.

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