Die Mikrobiologen gelten als einer der Hauptgewinner des explosiven Fortschritts in der Genomsequenzierung. Endlich, so frohlockten viele von ihnen, brauchen wir nicht mehr den lästigen und oftmals erfolglosen Weg über die Kultivierung im Labor gehen, sondern können Mikroorganismen direkt über ihre Genome im Computer studieren — insbesondere da viele von ihnen unter Laborbedingungen offenbar gar nicht kultivierbar sind.

Sicher öffneten die genomischen Methoden mannigfach Tür und Tor zum Studium von Mikroorganismen, die sich bis dato der Untersuchung mit herkömmlichen Methoden widersetzten — vielen kam man gar auf diese Weise überhaupt erst auf die Spur ihrer Existenz. Aber sorgten die neuen Möglichkeiten, auf vergleichsweise schlanke Art Genom- und Metagenom-Daten zu generieren, nicht womöglich auch dafür, dass man sich zu sehr von der Kultivierung und dem Studium der ganzen, lebenden Mikroorganismen abwandte? Lag vor diesem Hintergrund die Versuchung nicht allzu nahe, eine Bakterien- oder Pilzart kurzerhand und vorschnell für nicht-kultivierbar zu erklären — nur weil sie nicht umgehend auf der Platte wuchsen und man sie ja ohnedies auch „genomisch“ studieren konnte? 

Bereits 2011 stellten wir diese Frage Jörg Overmann, dem Direktor der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) in Braunschweig. Er antwortete damals:

Einer meiner Kollegen sagt immer, dass die Nicht-Kultivierbarkeit von Mikroorganismen keine Eigenschaft der Mikroorganismen sei, sondern desjenigen, der versucht, sie zu kultivieren. Die Organismen wachsen ja in der Natur. Wenn man sie im Labor nicht kultivieren kann, bedeutet das, dass man die geeigneten Umweltbedingungen im Reagenzglas noch nicht einstellen kann. In manchen Fällen ist das sicherlich schwierig. Ich hatte einen Doktoranden, der zwei Jahre lang versucht hat ein symbiontisches Bakterium zu isolieren und es schließlich geschafft hat.

Und solche langwierigen, schwierigen und erfolgsarmen Vorarbeiten passen eben nicht gut zu unserer aktuellen Forschungsstruktur der kurzatmigen Projekte und Verträge. Overmann dazu :

Kultivierung kostet viel Zeit, und es ist oft fraglich, ob in einem Jahr genügend Daten und Material für eine Publikation zusammen kommen. Aus diesem Grunde befassen sich an den Universitäten wenige mikrobiologische Labors mit Kultivierungsversuchen. Außerdem bekommen Sie für solche Projekte nicht so einfach Forschungsmittel, wie für biochemische oder molekulargenetische Untersuchungen.

Dass es sich allerdings überaus lohnen könnte, mehr Zeit, Geduld und Geld in die Bemühungen zur Kultivierung von Mikroorganismen zu investieren, zeigte gerade ein Team um Kim Lewis von der Northeastern University in Boston auf besonders eindrucksvolle Weise (Nature 2015; doi:10.1038/nature14098). Erst nachdem sie das bis dato unbekannte Bodenbakterium Elefhtheria terrae quasi-kultivieren konnten, stießen sie darin auf ein potentiell hochwirksames Antibiotikum mit völlig neuem Wirkmechanismus: es hemmt die bakterielle Zellwandsynthese, indem es den Einbau der Fettsäuren blockiert. Teixobactin nannten die Forscher den neuen Hoffnungsträger.

Der Clou ist aber, wie Lewis et al. die Kultivierung des „Neulings“ hinbekamen. Daniela Zeibig schrieb dazu auf Spektrum der Wissenschaft online:

Möglich machte dies nun ein spezielles Gerät, dass Lewis und seine Kollegen zuvor entwickelt hatten: Es schließt die Mikroorganismen in kleine Kammern ein und kann anschließend wieder im Boden vergraben werden. Da das Gerät für verschiedene Stoffe durchlässig ist, können die Bakterien so in einer natürlicheren Umgebung gedeihen — und anschließend trotzdem wissenschaftlich untersucht werden.

Mit ihrem so genannten „iChip“ durchkämmten die Forscher Ozeansedimente, Böden und sogar Tierexkremente und sammelten letztendlich Proben von mehr als 10 000 verschiedenen Bakterienkolonien, von denen sich die meisten ebenso ungerne mit dem Leben in der Petrischale anfreunden wie E. terrae. Letztendlich stießen sie auf mehr als 20 potenzielle Antibiotika, von denen Teixobactin aber mit Abstand am vielversprechendsten war.

Ob dieses Beispiel auch insgesamt den Fokus wieder dahin verschieben kann, dass die Kultivierung unbekannter Mikroorganismen gar nicht so schwer sein muss. Es wäre zu wünschen. Vor allem, da diese „kulturelle Rückbesinnung“ ganz offensichtlich ein hohes Belohnungspotential besitzt, das die reine Genomanalyse nicht bieten kann.

Es ist Zeit für ein Umdenken in der Wirkstoffforschung: weniger Bibliotheken, mehr Kulturen.

So kommentiert der Wissenschaftsjournalist und -blogger Lars Fischer das Thema auf Spektrum der Wissenschaft online. Wir schließen uns an.

Schlagworte: Antibiotikum, Bodenbakterium, Genome, Kultivierung, Mikroorganismen, Sequenzierung, Wirkstoffe

Dieser Beitrag wurde vor am Freitag, 9. Januar 2015 um 12:37 Uhr veröffentlicht und unter Wissenschaft pur gespeichert. Sie können Kommentare zu diesem Eintrag über den RSS-2.0-Feed verfolgen. Sie können einen Kommentar hinterlassen oder einen Trackback von Ihrer Website hierher setzen.