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Unser vorrangiges Ziel ist die Entwicklung neuer Wirkstoffe und Biokata-lysatoren, inspiriert durch die Erforschung natürlicher Substanzen und Prozesse.

Grafik: Lars Bräuer, IPB

 

Diese finden ihren Einsatz u.a. in der Medizin, Ernährung und im Pflanzenschutz oder der umweltfreundlichen Herstellung der Schlüsselmoleküle. Unsere molekular-chemischen und biologischen Untersuchen decken den Bereich von der Analyse und Isolierung kleiner Moleküle und Peptide im Organismus über die (bio-)chemische Synthese und medizinisch-chemische Optimierung bis zur Wirkung an molekularen Zielstrukturen – meist Proteinen – oder Testzellen und -organismen ab.

Wirkstoffe sind Moleküle, die definierte Veränderungen in Zielorganismen bewirken.

Als aktive Bestandteile von Medikamenten helfen sie, Krankheiten zu heilen. In Nahrungsmitteln beeinflussen sie Genuß und Gesunderhaltung, z.B. als Farb- und Geschmacksstoffe, Antioxidantien oder Vitamine, und als wirksame Bestandteile in Kosmetika pflegen sie unsere Haut. In der Landwirtschaft sichern sie unsere Nahrungsgrundlage als Pflanzenschutzmittel oder Tierarznei. Egal in welcher Form: biologisch aktive, chemische Substanzen – ob natürlichen oder synthetischen Ursprungs – sind essentiell im Alltag des Menschen. Jedoch gibt es viele Probleme, die mit bisherigen Wirkstoffen oder Herstellungsverfahren nicht oder nur unzureichend gelöst werden können, z. B. unheilbare Krankheiten, Resistenzen, klimawandelbedingte Mindererträge, umweltschädliche Mittel oder Produktionsprozesse, schwindende natürliche Ressourcen und problematischer Ressourcenzugang. Die Abteilung Natur- und Wirkstoffchemie versucht hier positive Beiträge zu leisten.

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Themenwelten Natur- und Wirkstoffchemie

   

Metabolomik &

Spektroskopie

Fungizide

Anti-Infektiva

Isoprenoide

 

Phenylpropanoide

Krebswirkstoffe & Targeting

Phytoeffektoren

Neuroaktive Wirkstoffe

 

Peptide & Mimetika

Chemische Sonden

Modeling

Chemoinformatik

 

Daten & Substanzbibliotheken

Exploratorium

Verbünde

Informationen für Bewerber/Innen

Warum Pflanzen und Pilze als Basis?

Der Mensch ist in seiner Atmung, Ernährung und in erheblichen Maße (ca. 2/3 der Weltbevölkerung) auch bei der medizinischen Versorgung auf Pflanzen angewiesen. Dabei ist es vor allem der chemische Phänotyp der Pflanzen – also die in ihnen enthaltenen chemischen Verbindungen (das Metabolom) – die den Wert für den Menschen ausmachen, sei es der Sauerstoff zum Atmen oder z.B. Stärke, Proteine und Geschmacksstoffe für die Nahrung, Biopolymere für Materialien wie Holz, Baumwolle oder Linoleum, spezialisierte oder sekundäre Pflanzenstoffe u.a. für Arzneimittelwirkungen, bis hin zu den Farben und dem Duft für Blumen. Pflanzen kommunizieren mit sich, Bestäubern und Mikroorganismen vorrangig auf chemischem Wege. Sie verteidigen sich neben mechanischem Schutz überwiegend chemisch. Und sie verfügen über eine hervorragende biochemische Maschinerie, die aus Kohlendioxid (!), Wasser und Licht und mit einer phantastischen Vielfalt effektiver chemischer Prozesse große Mengen verschiedener chemischer Verbindungen erzeugt. Pilze wiederum sind entscheidend, den Stoffkreislauf zu schließen. Nur sie können effektiv pflanzliches Material wie Lignin abbauen. Aber nicht nur ihre biochemischen Prozesse bergen Einmaliges, ihre Verteidigungschemie ist oft in Bereichen stark, in den Pflanzen Unterstützung benötigen.

Diese vielfältige Chemie der Pflanzen, höheren Pilzen und assoziierten Mikroorganismen und die Wechselwirkungen mit der Umwelt sowie die chemische Beeinflussung dieser Prozesse wollen wir untersuchen, nutzen und beeinflussen.

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Was kann man damit anfangen?

Wir wollen zunächst Naturstoffe im natürlichen System erfassen und soweit möglich verstehen um schließlich ihre Anwendung in anderen Bereichen im Sinne einer wissensbasierten Bioökonomie zu erschließen. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen daher überwiegend zum grundlegenden Verständnis der Chemie der Natur bei und erlauben das Studium der Funktion von Wirkstoffen aus der Natur und in der Natur.

Selektierte Erkenntnisse liefern dann potentiell wirtschaftlich nutzbare Ergebnisse, z.B. Leitstrukturen für die Entwicklung neuer Pharmaka, Pflanzenschutzmittel, Kosmetika, Aromen, Nutraceuticals oder Verbindungen die als biologisch-chemische Sonden in der Forschung oder diagnostisch genutzt werden können. Enzyme und Organismen dienen als umweltfreundliche Biokatalysatoren für naturnahe chemische Reaktionen und Produktionsprozesse oder sind Zielstrukturen ("targets") für unsere Wirkstoffe.

Ergänzt wird dies durch umfangreiche synthetische Arbeiten, um die Zugänglichkeit und strukturelle Variationsbreite der Wirkstoffe zu verbessern. Syntheseprodukte liefern auch grundlegende Erkenntnisse zu Strukturen (Konfigurationen), Konformationen und chemischen und biologischen Wechselwirkungen, die wiederum helfen Wirkstoffe zu verbessern. Informatische Arbeiten begleiten dabei nahezu alle Feld- und Laborarbeiten. Sie tragen zur besseren Auswertung und zum tieferen Verständnis der komplexen Daten und Vorgänge bei und erlauben ein besseres Design von Experimenten.

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Wo liegen die Schwerpunkte der Forschung?

Als Ursprungsorganismen konzentrieren wir uns auf höhere Pflanzen und Pilze. Diese enthalten oft mehrere Hundert verschieden Substanzen, die vielfältige Wirkungen entfalten können. Klassische 1 : 1 – Beziehungen gibt es praktisch nicht (eine Pflanze – ein Naturstoff – eine Wirkung), sondern die Vorgänge und Wirkungsweisen der Substanzen sind üblicherweise komplex und voneinander abhängig. Diese Komplexität wollen wir erfassen (s.u.a. Projektgruppe Metabolomics), daraus lernen und einem Nutzen zuführen.

Schwerpunkte in der Anwendung unserer Moleküle beim Menschen liegen im Bereich Krebswirkstoffe und neurologische Effekte (dies inkludiert neben medizinischen Anwendungen z.B. auch Geschmack oder Lernen & Erinnern). In diesen Anwendungsbereichen haben pflanzliche Wirkstoffe eine überproportional erfolgreiche Historie.

Bei der Anwendung an Pflanzen konzentrieren wir uns vor allem auf fungizide Wirkstoffe (Pilzinfektionen) und auf die Verbesserung pflanzlicher Produktivität unter Trockenstreß und anderem abiotischen Streß, der unter den veränderten klimatischen Bedingungen rapide zunimmt.

Im Bereich der Synthese bleiben Zugang und Verbesserung ("medizinische Chemie") von Wirkstoffen Dauerziele. Methodisch nutzen wir vorrangig besonders effektive und effiziente Mehrkomponenten-Reaktionen (MCRs). Insbesondere die Ugi-Reaktion und Varianten erlauben uns besonders schnelle Zugänge zu Peptidstrukturen, Konjugaten, und chemischen Sonden zur Untersuchung biologischer Prozesse. Alternativ werden Synthesen zunehmend biotechnologisch durchgeführt. Hier haben wir insbesondere für phenylpropanoide, terpenoide und meroterpenoide Substanzen mehrstufige enzymatische Prozesse entwickelt.

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Sind pflanzliche Wirkstoffe besser oder milder als synthetische?

Die schlichte Antwort ist "Nein".

Viele Menschen glauben, pflanzliche oder natürliche Wirkstoffe sind besser oder milder als chemisch-synthetische. Das ist in dieser Pauschalität schlicht falsch. Eine Pflanze produziert kein Heilmittel (Wirkstoff) um Menschen zu heilen, sondern für ihre eigenen Zwecke, z.B. als Abwehrstoff. Diese Wirkung macht sich der Mensch zunutze, aber sie ist oft nicht optimal auf seine Bedürfnisse abgestimmt. Daher bedarf es einer Anpassung, um z.B. Nebenwirkungen – diese sind auch bei pflanzlichen Arzneimitteln nicht selten – einzudämmen. Es gibt auch viele "rein pflanzliche" Gifte.

Andere wiederum glauben, natürliche oder pflanzliche Arzneimittel seien weniger wirksam oder gar "Humbug", weil sie Phytopharmaka mit homöopathischen und esoterischen Anwendungen ("Bachblüten etc.) verwechseln. Dabei zählen einige unserer stärksten Arzneimittel zu den pflanzlichen. Niemand wird behaupten, Morphin oder Taxotere (Taxol®, ein Antikrebsmittel aus der Eibe) seien unwirksam oder harmlos.

Warum beschäftigen wir uns dann dennoch vorrangig mit natürlichen Wirkstoffen? Sie mögen, was die Wirksamkeit selbst und Nebenwirkungen angeht, nicht immer vorteilhaft sein, aber sie haben einen statistisch erwiesenen klaren Vorsprung gegenüber synthetischen Stoffen: Sie sind häufiger aktiv. Mehr als 50% unserer nichtpeptidischen Arzneimittel stammen von Naturstoffen ab, oder sind von diesen inspiriert. Sie haben meist eine gute Bioverfügbarkeit, und sie zeigen uns häufig neue Wirkprinzipien auf. Diese Vorteile begründen sich in der evolutiven Selektion der Substanzen.

Wer mehr wissen will findet hier einen podcast zum download:

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Allgemeine Informationen

Unsere Forschung und wissenschaftliche Infrastrukturaktivitäten findet aktuell in 15 Projektgruppen (PGs = Themengruppen) statt, die organisatorisch in 6 Arbeitsgruppen (AGs) zusammengefaßt sind. Wenn Sie wissenschaftliche Fragen zu einem spezifischen Thema haben, wenden Sie sich bitte an die jeweiligen Projektgruppenleiter. Bei allgemeinen Fragen, z.B. über Kooperationen, Stellenangebote, Forschungsplätze und Qualifizierungsarbeiten (Diplom/Master, Promotion etc.) oder bei Initiativbewerbungen wenden Sie sich gerne an Prof. Wessjohann bzw. eine/n passende AG-Leiter/in.

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Diese Seite wurde zuletzt am 31.03.2020 geändert.

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