Natur: Der Master Medizin-Macher

Willow Tree Bark war die ursprüngliche Quelle von Aspirin, während das Antibiotikum Penicillin aus einem gewöhnlichen Form kam. In jüngerer Zeit, eine starke Schmerzmittel wurde abgeleitet aus der Gifte, die Kegelschnecken verwenden, um ihre Beute zu töten, und eine Chemikalie produziert durch die Pazifische Eibe ist jetzt der mächtige Krebs-Behandlung von Droge Paclitaxel (Taxol®).

Natur ist eine fruchtbare Quelle neuer Medikamente. In der Tat führten Naturprodukte zu mehr als die Hälfte der neuen Drogen in den letzten 25 Jahren eingeführt.

Natürliche Produkte stammen aus Pflanzen, Pilzen und Bakterien in jeder Ecke der Welt. Über Millionen von Jahren haben Organismen schützende Chemikalien entwickelt, die spezifische Proteine in ihren Feinden interagieren. Weil alle Lebewesen die gleiche grundlegende Biochemie teilen, können diese Chemikalien mit den gleichen Proteine bei Menschen interagieren. Chemiker, die von den National Institutes of Health unterstützt suchen zu entdecken und diese Naturprodukte mit der Hoffnung auf die Entwicklung neuer Medikamente zur Verbesserung der menschlichen Gesundheit zu untersuchen.

Die Einsatzmöglichkeiten der einige natürliche Produkte sind von Anfang an klar. Eine Substanz, die Bakterien abtötet – ob es ein anderes Bakterium, eine Pflanze oder (selten) ein Tier kommt – als ein antibakterielles Medikament bei Menschen funktionieren könnte. Naturprodukte können auch weniger offensichtliche Anwendungen zur Behandlung von Krankheiten wie Herzkrankheiten, Depressionen und Epilepsie haben. Einige Produkte haben mehrere Anwendungen. Ein Teil der Penicillin-Molekül senkt den Cholesterinspiegel, und eine chemische Spin-off des Malaria-Medikament Artemisinin scheint, einige Krebsarten zu unterdrücken.

Wissenschaftler schätzen, dass die Erde Heimat von mindestens 250.000 verschiedene Arten von Pflanzen, bis zu 30 Millionen Insektenarten und vergleichbare Zahlen von Pilzen, Algen und Bakterien ist. Trotz dieser riesigen Artenvielfalt haben Chemiker relativ wenige Organismen um festzustellen, ob sie medizinisch nützliche Substanzen Hafen getestet.

Der Natur-Apotheke

Chemiker suchen neue Drogen und Drogenausgangsstoffen in Wälder, Ozeane, Höhlen und auch gewöhnliche Hinterhöfen. Viele ökologisch einzigartige Lebensräume sind vielversprechende Quellen von Naturprodukten, weil sie Gastgeber eine Vielzahl von Arten, die mit unentdeckten Chemikalien wimmeln.

Hier sind nur ein paar Beispiele von bekannten und potentiellen Medikamenten, die in den unwahrscheinlichsten Orten gefunden wurden:

• Korallenriff-Bewohner verlassen sich auf tödliche chemische Biere zur Abwehr von Raubtieren oder Beute zu entreißen. Kegelschnecken in den Gewässern in der Nähe von Australien, Indonesien und den Philippinen haben ein Toxin verpackt Venom, die schockiert und Beute lähmt. Eines dieser Gifte, entdeckt von Pharmakologe Baldomero Olivera von der University of Utah in Salt Lake City, ist ein schmerzstillendes Mittel 1.000-Mal stärker als Morphin. Die Schnecke-abgeleitete Droge Staus Nerv Übertragung im Rückenmark und blockiert bestimmte Schmerz-Signale aus das Gehirn erreicht.

• Vanderbilt University biosynthetischen Chemiker Brian Bachmann geht Höhlenforschung auf der Suche nach höhlenbewohnenden Mikroorganismen mit Droge-Herstellung Potenzial. In vier Jahren hat er gefunden, dass mehr als 10 Verbindungen Wissenschaftler noch nie gesehen haben. Bachmann auch decodiert die genetischen "Baupläne" für die Herstellung von Anthramycin, Valium®-wie Beruhigungsmittel, das kam aus dem Organismus in einem verwesenden Komposthaufen gefunden und entdeckt die molekulare Struktur der ein Blutdruck-senkende Molekül namens K-26, die in einer Bodenprobe neben einem Teich in Japan gefunden wurde.

• Pharmakologe David Mangelsdorf an der University of Texas Southwestern Medical Center in Dallas erkundet die Cholesterin-senkenden Eigenschaften eines Stoffes in der Saft des Baumes Guggul, eine Spezies, die ursprünglich aus Indien, die seit mindestens 600 v. Chr. in der ayurvedischen Medizin verwendet worden ist

• Photodynamische Therapie verbindet eine uralte Pflanze Heilmittel, moderne Bluttransfusion Techniken und Licht, verschiedene Krebsarten und Augenkrankheiten zu behandeln. Die wichtigste Zutat in dieser Therapie, Psoralen, die inaktiv bis Licht ausgesetzt ist, wurde von Nil-Wohnung Unkraut namens Ammi abgeleitet.

• Einige viel versprechende Medikamente in Manteltieren, besser bekannt als Seescheiden gefunden. Chemiker Kenneth Rinehart, der damals an der University of Illinois at Urbana-Champaign, entdeckt ein Krebs-Zelle-Tötung-Molekül namens ET-743 in einer Art von Seescheide lebt in den Riffen und Sümpfen der Westindischen Inseln. Unter dem Markennamen Yondelis® hat ET-743 dient heute Weichgewebe Sarkome im Ausland und US-klinische Studien für verschiedene Krebsarten.

Aufbauend auf Natur im Labor

Nach der Feststellung eines Stoffes mit interessanten biologischen Eigenschaften, versuchen Forscher oft, es in einem Labor zu reproduzieren.

Ein Grund hierfür ist, dass natürliche Substanzen häufig chemisch modifiziert werden, um sicher und effektiv im menschlichen Körper arbeiten müssen. Methoden in der Natur nicht verfügbar, können Chemiker Dutzende oder Hunderte von Molekülen mit leicht unterschiedlichen Strukturen erstellen. Eines dieser Moleküle möglicherweise die richtigen Eigenschaften eine Medizin sein.

Forscher wollen auch Wege finden, um die geernteten Produkte zu kultivieren oder bauen sie von Grund auf im Labor, so dass sie große Mengen effizient produzieren können. Beispielsweise dauert es mehr als eine Tonne Seescheiden, ein einziges Gramm ET-743 zu produzieren. Forschung von Harvard Universitychemist und Nobel Laureatus Elias J. Corey ermöglichte Chemikern ET-743 im Labor in viel höheren Mengen synthetisieren – genug für sie zu geben klinische Studien bei Menschen verwendet werden. Solche alternativen Fertigungsverfahren sind besonders wichtig, wenn der Organismus, der ein natürliches Produkt macht knapp ist.

Naturstoffchemie kann arbeitsintensiv und zeitaufwändig, so dass Forscher neue Wege suchen, um die Entdeckung und Produktionsprozesse zu verbessern. Beispielsweise entwickelte ein Team an der University of California, San Diego, vor kurzem Berechnungswerkzeuge um schnell festzustellen, ob Naturstoffe in Umgebungen wie Ozeane gesammelt und Wälder mögliche neue Kandidaten für die Medikamentenentwicklung sind.

Ein anderes ziemlich neues Verfahren namens metabolic Engineering erlaubt Forschern, die genetischen Anweisungen für Naturprodukte von bestimmten Mikroorganismen abändern und setzen Sie sie zurück zu entfernen – potenziell Steigerung der Produktion von Naturprodukten auf genetischer Ebene oder Custom-Herstellung verschiedener Produkte, die in der Natur nicht existieren.

Wo Natur versteckt ist, die nächste medizinische Schatz bleibt abzuwarten. Klar ist, dass Apotheken kreative Handarbeit zur Entdeckung und Anpassung von natürlichen Produkten zur Verbesserung der menschlichen Gesundheit unerlässlich ist.

Weitere Informationen:

• Geheimnisse der Killerschnecken
• Nachahmung von Mutter Natur
• Medikamente aus der Tiefe

Dieser im Life-Science-Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit dem National Institute of General Medical Sciences, Teil der National Institutes of Health zur Verfügung gestellt.