Forschungen des Bundesstaates Oregon zeigen, wie wichtige Diabetes-Medikamente in der Natur hergestellt werden

CORVALLIS, Ore. – Forschungen der Oregon State University haben erklärt, wie ein wichtiges Medikament gegen Typ-2-Diabetes in der Natur hergestellt wird, und den Weg für Verbesserungen in der Herstellung durch Biotechnologie geebnet.

Die Ergebnisse sind besonders wichtig, da die weltweite Nachfrage nach dem Medikament Acarbose mit der Häufigkeit von Typ-2-Diabetes steigt – laut der International Diabetes Federation sind weltweit fast 500 Millionen Erwachsene von der Krankheit betroffen.

Das von Bayer entwickelte Medikament ist seit 1996 unter dem Markennamen Precose auf dem Markt. Acarbose stammt aus Bodenbakterien, ist aber bisher der Biosyntheseweg, der seiner Herstellung zugrunde liegt – die Abfolge von Schritten, die Enzyme durchlaufen, um die für ihre Herstellung verantwortlichen chemischen Reaktionen zu katalysieren – war nicht bekannt.

Die Ergebnisse der von Taifo Mahmud vom OSU College of Pharmacy geleiteten Studie wurden in veröffentlicht Naturkommunikation.

Typ-2-Diabetes wird häufig mit Fettleibigkeit und geringer körperlicher Aktivität in Verbindung gebracht und ist eine schwere Stoffwechselerkrankung, von der etwa jeder zehnte Amerikaner betroffen ist. Früher bekannt als Altersdiabetes, ist es eine chronische Erkrankung, die die Art und Weise beeinflusst, wie der Körper Glukose verstoffwechselt, einen Zucker, der eine wichtige Energiequelle darstellt.

Für einige Patienten bedeutet das, dass ihr Körper nicht richtig auf Insulin reagiert – er widersteht der Wirkung von Insulin, dem von der Bauchspeicheldrüse produzierten Hormon, das die Tür für Zucker öffnet, um in die Zellen einzudringen. In den späteren Krankheitsstadien, wenn die Bauchspeicheldrüse erschöpft ist, produzieren die Patienten nicht genug Insulin, um einen normalen Glukosespiegel aufrechtzuerhalten.

In beiden Fällen sammelt sich Zucker im Blutkreislauf an und beeinträchtigt, wenn er unbehandelt bleibt, viele wichtige Organe, manchmal bis hin zu behindernden oder lebensbedrohlichen Ausmaßen.

Acarbose normalisiert den Blutzuckerspiegel, indem es Alpha-Glucosidase-Enzyme hemmt – es hilft zu verhindern, dass der Blutzucker nach dem Essen zu schnell ansteigt, indem es den Abbau von stärkehaltigen Lebensmitteln wie Brot, Kartoffeln und Nudeln blockiert und die Darmaufnahme einiger Zucker verlangsamt.

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Acarbose stammt von Actinoplanes-Bakterien und mehreren anderen Stämmen von Bodenbakterien. Es war der erste Alpha-Glucosidase-Hemmer, der zur Verwendung in den Vereinigten Staaten und Europa zugelassen wurde

„Trotz ihrer bedeutenden therapeutischen Bedeutung war die Art und Weise, wie Acarbose in der Natur hergestellt wird, noch nicht vollständig verstanden“, sagte Mahmud. „Unsere Forschung gibt nicht nur Aufschluss darüber, wie dieses hochwertige Arzneimittel in der Natur hergestellt wird, sondern bietet auch eine Plattform für weitere Verbesserungen der industriellen Acarbose-Produktion – beispielsweise durch Modifikation der DNA der produzierenden Bakterien oder durch andere biotechnologische Ansätze. Das bedeutet, dass es sowohl aus wissenschaftlicher als auch aus industrieller Sicht wichtig ist, seinen vollständigen Biosyntheseweg zu kennen.“

Was unbekannt bleibt, fügte Mahmud hinzu, ist, warum Bodenbakterien Acarbose produzieren – welchen Zweck erfüllt die Verbindung für sie? Einige nehmen an, dass es beim Transport von Zuckern zwischen den intra- und extrazellulären Räumen von Bakterien eine Rolle spielt oder dass es vor den kohlenhydratabbauenden Enzymen anderer Organismen schützt.

„Was genau die Funktion für die produzierenden Organismen in ihrer natürlichen Umgebung ist, bleibt ein spannendes Thema für zukünftige Studien“, sagte er.

Takeshi Tsunoda, Arash Samadi und Sachin Burade vom OSU College of Pharmacy nahmen ebenfalls an dieser Forschung teil, die teilweise vom National Institute of General Medical Sciences und vom College of Pharmacy finanziert wurde.

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