Neue Bakteriengattung Brakhagea beschrieben

Ein Team des Exzellenzclusters „Balance of the MicroverseExterner Link“ an der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat eine neue Bakteriengattung beschrieben und nach Prof. Axel Brakhage benannt, dem wissenschaftlichen Direktor des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI). Die vier neu klassifizierten Arten der Gattung Brakhagea stammen aus aquatischen Lebensräumen in Norddeutschland. Moderne Genomanalysen weisen auf ihr genetisches Potenzial zur Bildung bioaktiver Naturstoffe hin. Die Studie erschien in Scientific Reports.

Manche für die Forschung vielversprechenden Mikroorganismen schlummern seit Langem in historischen Sammlungen. Doch erst neue Methoden machen sichtbar, welche Vielfalt und welches Potenzial in ihnen steckt. Das Team um Prof. Christian Jogler von der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat eine solche Sammlung untersucht: Bakterienstämme, die zwischen den 1980er und den frühen 2000er Jahren von Heinz Schlesner aus verschiedenen Gewässern in Norddeutschland isoliert wurden, darunter aus dem Ostseefjord Schlei, aus Teichen und aus einer Abwasserlagune.

Durch moderne Genomsequenzierung und phylogenetische Analysen konnten die Forschenden zeigen, dass vier dieser Bakterienstämme bislang unbekannte Arten repräsentieren, die gemeinsam die neue Gattung Brakhagea bilden. Diese neue Gattung lässt sich den Planctomyceten zuordnen, einer vergleichsweise wenig erforschten Bakteriengruppe mit ungewöhnlicher Zellbiologie. So vermehren sich auch die neuen Brakhagea-Arten – wie viele Planctomyceten – nicht durch klassische Zweiteilung, sondern durch Knospung, die man vor allem bei Hefepilzen kennt: Eine kleine Tochterzelle wächst an einer größeren Mutterzelle heran und löst sich später ab.

Potenzial für neue Naturstoffe

Neben dieser für Bakterien ungewöhnlichen Vermehrungsform war für die Forschenden vor allem der Blick ins Erbgut der neu identifizierten Arten interessant. Dort fanden sie mehrere Biosynthese-Gencluster. Solche Gencluster weisen darauf hin, dass Mikroorganismen bioaktive Naturstoffe bilden können. Die Autoren bezeichnen die neuen Bakterien daher als mögliche „talented producers“, also als potenziell begabte Produzenten biologisch wirksamer Verbindungen. Damit schlägt die Arbeit eine Brücke zu einem zentralen Forschungsschwerpunkt des Leibniz-HKI: der Suche nach mikrobiellen Naturstoffen als Basis für neue Therapeutika und dem Verständnis ihrer Rolle in infektionsbiologischen Prozessen.

Vor ihrer Untersuchung hatten die Bakterienstämme bereits eine kleine Reise hinter sich. Von der Universität Kiel gelangten sie zunächst nach Regensburg, wo Studienleiter Jogler sie persönlich abholte und nach Jena brachte. „Heute können wir mit Methoden auf diese Bakterien schauen, die es zur Zeit ihrer Isolation noch gar nicht gab. Als 2003 erstmals das vollständige Genom eines Planctomyceten sequenziert wurde, war die anschließende Auswertung und Einordnung noch ein aufwendiger Prozess mit viel manueller Arbeit, der gut ein Jahr dauerte. Heute gelingen vergleichbare Analysen mit modernen bioinformatischen Verfahren weitgehend automatisiert in wenigen Minuten. Das eröffnet ganz neue Möglichkeiten, die Vielfalt dieser Bakterien und ihr Potenzial für Naturstoffe zu erforschen“, sagt Jogler.

Besonderer Namensgeber

Der für die neue Gattung vorgeschlagene Name ist kein Zufall. Mit der Bezeichnung Brakhagea würdigen die Forschenden die Beiträge von Axel Brakhage zur Mikrobiologie. Brakhage ist Professor an der Friedrich-Schiller-Universität Jena und wissenschaftlicher Direktor des Leibniz-HKI. In seiner wissenschaftlichen Arbeit verbindet er seit Jahrzehnten die Erforschung humanpathogener Pilze mit der Entdeckung neuer Naturstoffe und der Frage, wie mikrobielle Wirkstoffe für Antibiotika oder andere therapeutische Ansätze nutzbar gemacht werden können. Mit diesem interdisziplinären Ansatz prägt er die Forschungsstrategie in Jena entscheidend mit. So war er federführend als Gründungssprecher an der Einwerbung des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ beteiligt, der zusammen mit dem Exzellenzcluster „Imaginamics“ die Voraussetzung dafür geschaffen hat, dass die Universität Jena sich nun um den Titel als Exzellenzuniversität bewirbt.

„Ich freue mich sehr über diese besondere Würdigung und natürlich auch über den klaren Bezug zu einem meiner Forschungsschwerpunkte, den wir bei uns am Leibniz-HKI bearbeiten: dem Potenzial von Mikroorganismen, chemische Verbindungen zu bilden, die Grundlage für neue Wirkstoffkandidaten gegen Infektionskrankheiten sein können“, sagt Brakhage, der das Forschungsteam anlässlich der Benennung im Jogler Lab besuchte. Bei einer gemeinsamen Tour durch das Labor zeigte ihm das Team die neu beschriebenen Bakterien und gab Einblicke in die Genomanalysen, mit denen sie untersucht wurden. „Es ist immer wieder erstaunlich zu sehen, welche Schätze in mikrobiellen Sammlungen verborgen sein können. Was vor Jahrzehnten gesammelt wurde, erhält durch moderne Technologien plötzlich eine neue Bedeutung“, so Brakhage.

„Wenngleich es nun Bakterien und keine Pilze sind, die meinen Namen tragen, so passt es doch sehr gut, dass sie mit ihrem Potenzial der Wirkstoffsynthese hervorragende Beispiele für die Apotheke aus der Natur bilden. Und obwohl ich als Wissenschaftler sehr rational an die Dinge herangehe, muss ich doch bekennen, dass mich eine solche Ehrung auch persönlich berührt“, ergänzt Brakhage, als ihm das Forschungsteam eine persönlich gestaltete Urkunde zur Benennung der neuen Gattung überreicht.

Das Leibniz-HKI

Das Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie wurde 1992 gegründet und gehört seit 2003 zur Leibniz-Gemeinschaft. Die Forschenden des Leibniz-HKI erforschen die Infektionsbiologie human-pathogener Pilze. Sie untersuchen die molekularen Mechanismen der Krankheitsauslösung und die Wechselwirkung mit dem menschlichen Immunsystem. Neue Naturstoffe aus Mikroorganismen werden im ökologischen Kontext untersucht und für mögliche Anwendungen als Wirkstoffe zielgerichtet entwickelt. Im Vordergrund stehen neue Antiinfektiva zur Überwindung von Resistenzen.

Die Leitung der Forschungsabteilungen des Leibniz-HKI besteht überwiegend aus berufene Professorinnen und Professoren der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Im Nachwuchsgruppenprogramm qualifizieren sich junge Forschende für künftige Führungspositionen. Mehrere anwendungsorientierte Querschnittseinrichtungen erfüllen eine integrative Funktion für das Institut. Gemeinsam mit der Universität Jena betreibt das Leibniz-HKI die Jena Microbial Resource Collection, eine umfassende Sammlung von Mikroorganismen und Naturstoffen.

Das Leibniz-HKI ist Kernpartner großer Forschungsverbünde, die das Profil des Standorts prägen. Beispiele sind der Exzellenzcluster Balance of the Microverse, die Graduiertenschule Jena School for Microbial Communication und das translationale Leibniz-Zentrum für Photonik in der Infektionsforschung. Das Leibniz-HKI ist Sitz des Nationalen Referenzzentrums für invasive Pilzinfektionen.