Bioökonomie International 2017: Bio-Fun – In silico Design und experimentelle Validierung von Inhibitoren der Chitin- und Chitosan-Biosynthese als Fungizide für einen nachhaltigen Pflanzenschutz

Chitin ist ein Hauptbestandteil pilzlicher Zellwände, und seine enzymatische Umsetzung zu Chitosan ist ein Pathogenitätsfaktor vieler pflanzen- und tierpathogener Pilze. Die Biosynthesewege von Chitin und Chitosan sind somit vielversprechende Wirkorte für neuartige Fungizide, da sie einerseits unter verschiedenen Pilzgruppen weitverbreitet sind und andererseits weder in Pflanzen noch in höheren Tieren vorkommen. Chitin wird durch ein Transmembranprotein, die Chitin-Synthase, synthetisiert, während die Biosynthese des Chitosans ein zweistufiger Prozess ist, nämlich zunächst die Synthese des Chitins gefolgt von einer partiellen Deacetylierung zu Chitosan durch Chitin-Deacetylasen. Wir werden die Substratbindestellen dieser beiden Enzymklassen als Wirkorte für neuartige Fungizide nutzen, indem wir in silico nach passenden Substanzen suchen, die an diese Bindestellen andocken können. Zum einen werden wir Datenbanken von Naturstoffen mit passenden Algorithmen durchsuchen, zum anderen werden wir mit dem gleichen Ziel in silico Chitin-Analoga designen. Wir werden dabei moderne Methoden des in silico drug designs verwenden und QSAR Modelle erstellen. Die Entwicklung von Inhibitoren, die gegen beide Enzyme wirksam sind, sollte vor einer schnellen Resistenzbildung bei den Pathogenen schützen, da erst die passenden Mutationen beider Enzyme zu einem Selektionsvorteil in der Gegenwart des neuen Fungizids führen würden. Vielversprechende Moleküle werden von unseren indischen Kooperationspartnern synthetisiert werden, um ihre Bindungsaffinität und inhibitorische Wirkung gegenüber den Zielenzymen experimentell untersuchen zu können. Ebenso werden wir die pilzhemmende Wirkung dieser Substanzen in vitro überprüfen und schließlich ausgewählte Kandidaten auch hinsichtlich ihres Potentials als neuartige Pflanzenschutzmittel untersuchen. Langfristig sind darüber hinaus Verwertungen auch als Insektizide im Pflanzenschutz oder als Fungizide in der Medizin möglich.