Prof. Dr. Jörg Andrä

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Prof. Dr. Jörg Andrä

Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
Fakultät Life Sciences; Department Biotechnologie

Prof. Dr. Jörg Andrä

Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
Fakultät Life Sciences; Department Biotechnologie

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Jörg Andrä ist Professor für Organische Chemie und Biochemie und Leiter des Departments Biotechnologie an der HAW Hamburg. Professor Andrä begegnet dem global anwachsenden Problem antibiotikaresistenter Keime mittels seines Forschungsgebietes: antimikrobielle Peptide. Antimikrobielle (antibiotische) Peptide gelten als ‚Geheimwaffe‘ gegen bereits resistente Krankheitserreger. Anders als klassische Antibiotika entfalten sie ihre Wirkung primär durch eine physikalische Zerstörung der Zellhülle (Membran) schädlicher Bakterien. Einige dieser Peptide neutralisieren auch bakterielles Endotoxin, Hauptverursacher der Sepsis (Blutvergiftung). Zudem werden Peptide aufgrund ihrer Eiweißartigen Struktur gegenüber herkömmlichen Antibiotika schneller abgebaut, wodurch sich der Zeitraum, in dem sich Krankheitserreger an antimikrobielle Peptide ‚gewöhnen‘ könnten, drastisch verkürzt. Das besondere Abbauverhalten dieser Peptide birgt somit ein wirkmächtiges Potenzial für die pharmazeutische Anwendung.

Um aus Peptiden ein Medikament herzustellen, bedarf es jedoch noch weiterer Untersuchungen: Als Vorbereitung für klinische Studien mit Patienten, erforscht Andrä sehr ausführlich die eigentliche Wirkung des potenziellen Medikaments, er erarbeitet mögliche Verbesserungen und testet Peptide auf schädliche Nebenwirkungen. Dabei konnte er sogar positive ‚Nebenwirkungen‘ feststellen, da manche dieser Peptide selbst gegen bestimmte Krebsarten wirken.

Simulation von Zellmembranen: Liposomen als Versuchskaninchen

Für die Untersuchung der Wirkweise antimikrobieller Peptide nutzt Professor Andrä ein ganz besonderes Membran-Versuchs-Modell: Um die Zellmembranen der bakteriellen Krankheitserreger zu simulieren, verwendet er nanoskopisch kleine Kügelchen aus einer fetthaltigen Hülle, sogenannte Liposomen. Mithilfe dieser Methode kann Andrä die Zusammensetzung der Zellmembranen besonders gut beeinflussen und dadurch auf verschiedene Weise untersuchen, wie die eingesetzten Peptide die Zellen zerstören. Um dies zu beobachten, nutzt er z.B. die Methoden der Fluoreszenzspektroskopie und der dynamischen Lichtstreuung – bei letzterer verändert sich dabei die Bahn eines Lichtstrahls, sobald sich eines der kleinen Kügelchen auflöst oder seine Struktur ändert. Diese Experimente helfen zu verstehen, unter welchen Umständen und wogegen genau antimikrobielle Peptide besonders gut wirken.

Biotechnologische Produktion von Peptiden: Saubere Peptide, saubere Sache

Die chemische Synthese der antimikrobiellen Peptide in industriellem Maßstab würde hohe Kosten und große Mengen Abfallprodukte erzeugen. Deshalb stellt Professor Andrä mit seinen Partnern diese biotechnologisch mithilfe von geeigneten Mikroorganismen her. Eine Hürde bei einer biotechnologischen Herstellung ist die Reinigung (Downstream Processing) der Peptide im Anschluss. Für diese kombinieren Andrä und seine Mitstreiterinnen und Mitstreiter von der HAW Hamburg verschiedene chromatographische Verfahren, z.B. eine Affinitätschromatographie auf Basis molekularer Marker und eine finale Reinigung mittels Reversed-Phase-Chromatografie.

Zusammenfassend ist Professor Andrä ein Chemiker mit besonderer Expertise für antibiotische Wirkstoffe auf Peptidbasis sowie für deren Gewinnung aus biotechnologischer Herstellung. Andräs Erfahrung erlaubt ihm, elementare Prozessschritte abzubilden, die unumgänglich für das Voranbringen antibiotischer Peptide auf dem langen Weg in Richtung klinische Studie sind. In der Projektarbeit schätzt er Interdisziplinarität und Offenheit, um komplexe Forschungsfragen gemeinsam zum Erfolg zu führen. Aufgrund seines großen Erfahrungsschatzes, den er im Kontext interdisziplinärer Vorhaben der Biochemie, Biologie, Physik, Medizin und Verfahrenstechnik gewonnen hat, kann er interessierten Partnern auch beratend zur Seite stehen.

Aktuelle
Forschungsprojekte /
Aktivitäten

Die Wirkung von antibiotischen Peptiden in Echtzeit beobachten

Professor Andrä verfügt über besonderes Fachwissen, durch das er die spezielle Wirkung antimikrobieller Peptide genau charakterisieren kann: Mithilfe der Rasterkraftmikroskopie untersuchte die Arbeitsgruppe, auf welche Weise sie die äußere Hülle von Krankheitserregern angreifen. Bei dieser Methode tastet eine winzig kleine Sonde die Oberfläche der resistenten Mikroorganismen mechanisch ab. Dabei konnte das Team um Professor Andrä zeigen, dass antimikrobielle Peptide die Zellmembran anders angreifen, als das beispielsweise bei klassischen Antibiotika mit β-Lactam-Ring der Fall ist. Während die β-Lactam-Antibiotika den Aufbau der Zellwand lediglich stören und auf diese Weise sich vermehrende Zellen töten, gehen antimikrobielle Peptide radikaler vor: Sie schlagen ein Loch in die Zellwand und töten das Bakterium folglich direkt. Diese Erkenntnis ist essenziell für den späteren Einsatz der Peptide als Medikament.

Zytotoxizitätstest: Nebenwirkung von peptidischen Antibiotika bestimmen

Neben der positiven Wirkweise antimikrobieller Peptide untersucht Professor Andrä die Eiweißketten natürlich ebenso auf unerwünschte, aber mögliche Nebenwirkungen in sogenannten Zytotoxizitätstest: Innerhalb solcher Tests wird der Wirkstoff zu einer Zellkultur gegeben, um überprüfen zu können, ob die vorhandenen Zellen gesund bleiben, ihren Stoffwechsel verändern oder sterben.

Peptidische Antibiotika mit dem Potenzial zur Krebsbekämpfung

Während Professor Andrä die Nebenwirkungen antimikrobieller und antiseptischer Peptide untersuchte, stolperte er zufällig auf deren positiven Nebeneffekt, auf Krebszellen tödlich zu wirken. Dieser überraschende Effekt wurde für mehrere Krebsarten in Zelltests beobachtet. In Zusammenarbeit mit der Universitätsklinik Rostock bestätigte sich, dass die getesteten Substanzen nicht nur Krebszellen aus Zellkultur, sondern auch Zellen aus dem Krebsgewebe von betroffenen Patienten mit Darmkrebs abtöten. Die wegweisende Entdeckung eröffnet neue Behandlungsmöglichkeiten für bestimmte Krebsarten, bedarf allerdings aktuell noch erster klinischer Studien.

Mithilfe von neuem Molekül-Design die Wirkweise antimikrobieller Peptide verbessern

Neben der Erforschung der Wirkweise von antimikrobiellen Peptiden, verbessert Professor Andrä zudem bestimmte Eigenschaften einzelner Bausteine (Aminosäuren) dieser Peptide. Damit beeinflusst er zum einen die Wirkweise der Peptide und zum anderen, auf welche Weise die Substanzen zersetzt werden. So wird z.B. eine wasserlösliche (hydrophile) gegen eine fettlösliche (hydrophobe) Aminosäure ausgetauscht, um die Wechselwirkung mit der Bakterienhülle (Membran) zu verstärken.

PharmCycle – Arzneimittelbelastung in Gewässern ganzheitlich begegnen

Das interdisziplinäre Projekt PharmCycle erlaubt gemeinschaftliche Experimente von Biochemikern, Biotechnologen, Biologen, Umwelttechnikern und Verfahrenstechnikern, um den Abbauprozess verschiedener Medikamente ganzheitlich – von der Medikamentenentwicklung bis hin zu ihrem Abbau im Abwasser – zu beleuchten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der verschiedenen Disziplinen untersuchen in diesem Projekt gemeinsam, wie klassische und neuartige Antibiotika, z.B. antibiotische Peptide, in Kläranlagen zurückgehalten oder abgebaut werden und wie diese Prozesse optimiert werden können.

Zukunftsvision

Professor Andrä will die Forschung an antibiotischen Peptiden weiterhin vorantreiben. Sein Ziel ist es, solche Peptide für Patienten in die Anwendung zu bringen und seine entdeckten Krebsmedikamente klinisch zu testen, um ihre Wirksamkeit genauer überprüfen zu können.

Schwerpunkte

  • Peptide des angeborenen Immunsystems als Leitstrukturen zur Entwicklung von antibiotischen, anti-entzündlichen und anti-Tumor Wirkstoffen
  • Abbaubare Antibiotika auf Peptidbasis (PharmCycle)
  • Antibiotische Oberflächenbeschichtung
  • Bakterielle und eukaryotische Zellmembranmodelle

Kooperationen

  • Leibniz-Lungenzentrum
  • Bionas GmbH, Rostock
  • Gesellschaft deutscher Chemiker (GdCh)
  • Gesellschaft für Biochemie und Molekularbiologie (GBM)

Interessiert an

  • Partnern für präklinische Untersuchungen/Partnern für Anbahnung späterer möglicher klinischer Studien
  • Onkologischen Forschungseinrichtungen
  • Kliniken
  • Wirkstoffproduzenten
  • Pharmaunternehmen
  • Bildgebenden und analytischen Verfahren (Massenspektrometrie, Rasterkraftmikroskopie, Nanoskopie)

Besonders großes Interesse hat Andrä derzeit an einer wissenschaftlichen Zusammenarbeit im Bereich der Peptid-Analytik mittels Massenspektrometrie sowie an einer Kooperation mit Partnern im Kontext bildgebender Verfahren: Rasterkraftmikroskopie oder Nanoskopie. Um die Anwendungsmöglichkeiten gegen Tumore zu untersuchen, möchte er mit Kooperationspartnern gemeinschaftlich an Zellkulturen direkt aus Patientenproben arbeiten.

Digital Leadership

Ein Gespräch über das Silicon Valley Mindset, Innovation durch Kooperation...

Wissen entdecken, Expertise finden &

gemeinsam Ideen verwirklichen