In der Produktion pharmazeutischer Wirkstoffe wird vielfach auf Erdöl-basierte Rohstoffe zurückgegriffen. Eines der wichtigsten Forschungsgebiete in dem Bereich ist daher die Umstellung der Herstellungsprozesse auf nachwachsende Ressourcen. Ein Hoffnungsträger ist die chemische Verbindung Lignin. Dieses Biopolymer kommt in Pflanzen vor und sorgt dort für die Verholzung der Pflanzenzellen.
Die Teams der Forscherinnen Katalin Barta von der Universität Graz und Anna Hirsch vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HIPS) konnten jetzt erfolgreich zeigen, dass auch eine Anwendung von Lignin für die Produktion pharmazeutischer Wirkstoffe möglich ist.
Wirkstoffe aus Abfall
Startpunkt der Studie war effizientes Verfahren zum Abbau von Lignin in eine Vorläufersubstanz, das von der Gruppe der Universität Graz rund um Katalin Barta entwickelt wurde. Ein entscheidender Vorteil ist, dass hierbei neben der Ausgangssubstanz Lignin ausschließlich weitere nicht-schädliche und biologisch abbaubare Lösemittel und Reagenzien zum Einsatz kamen. Ein dahin gehendes Patent wurde bereits eingereicht.
Mit dieser Plattformchemikalie kann man durch intelligente Umwandlungen beinahe spielerisch eine Vielfalt an unterschiedlichen Strukturen erzeugen, also vielfältige Anordnungen und Bindungsmotive von Atomen in den Wirkstoffmolekülen. Es ist ein bisschen wie Lego spielen. Es gibt viele bunte Bausteine, die wir ganz unterschiedlich zusammenstecken und damit vielfältige neue Gebilde erschaffen.
Durch diese Eigenschaften eignet sich die Chemikalie hervorragend, um ein breites Spektrum an unterschiedlichen Substanzen herzustellen. In dieser Studie entwickelte die Gruppe um Katalin Barta katalytische Methoden, um aus der Plattformchemikalie Zugang zu verschiedensten biologisch aktiven Molekülen erhalten.
„Wir sind uns sicher, dass Produktionsprozesse der Zukunft grün und nachhaltig sein müssen. Wenn wir es schaffen, eine wirtschaftlich sinnvolle Alternative auf der Basis von Lignin anzubieten, können wir also gleich zwei Probleme gleichzeitig angehen“, sagt Katalin Barta, Professorin für Bioorganische Chemie an der Universität Graz.
Einsatz gegen Bakterien und Krebszellen
Auf den Ergebnissen der Forscher:innen der Universität Graz konnte das Team des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung rund um Anna Hirsch seine Forschungen aufbauen. „Bei der Charakterisierung unserer synthetisierten Moleküle haben wir uns angeschaut, welche der Substanzen dazu in der Lage sind, das Wachstum unterschiedlicher Arten von Bakterien, oder sogar Krebszellen zu beeinflussen“, sagt Hirsch.
„Dabei wurden wir positiv überrascht: gleich mehrere der hergestellten Kandidaten zeigten hervorragende Aktivität, unter anderem gegen Keime, die im klinischen Kontext oft Resistenzen gegen gängige Antibiotika aufweisen und damit große Probleme verursachen.“ Eine der vielversprechendsten Verbindungen wurde bereits in einem Infektionsmodell mit dem Erreger Streptococcus pneumoniae erfolgreich getestet, ein Bakterium, das schwere Lungenentzündungen hervorrufen kann.
Publikation:
Clean Synthetic Strategies to Biologically Active Molecules from Lignin: A Green Path to Drug Discovery. Anastasiia M. Afanasenko, Xianyuan Wu, Alessandra De Santi, Walid A. M. Elgaher, Andreas M. Kany, Roya Shafiei, Marie-Sophie Schulze, Thomas F. Schulz, Jörg Haupenthal, Anna K. H. Hirsch, Katalin Barta
