New anti.microbial and anti-cancer leads from the marine bacterial library

Prosjektet "New anti-microbial and anti-cancer leads from the marine bacterial library" hadde som overordnet målsetting å fremskaffe nye kjemiske forbindelser med potensial til å kunne utvikles til humanmedisiner. Prosjektet tar utgangspunkt i NTNU/SINTEFs samling av dyrkbare marine actinomyceter fra Trondheimsfjorden (ca 9000 isolat). Denne samlingen er delvis karakterisert i tidligere prosjekter ved NTNU/SINTEF, og det har vært vist at den er et godt utgangspunkt for å identifisere og isolere nye forbindelser. I tidligere prosjekter er interessante isolater identifisert ved fylogenetisk karakterisering, og det er utviklet dyrkings-, screenings- og renseteknologi. Mesteparten av samlingen er screenet for aktivitet mot gram positive bakterier, og deler av biblioteket var også screenet for aktivitet mot kreftcellelinjer for prosjektets oppstart. Det primære fokuset i prosjektet har vært å ta fram stoffer som virker mot gram negative bakterier og mot kreftceller. Resistens mot antibiotika hos gram negative problem-bakterier er et stadig mer alvorlig og voksende problem, og behovet for nye antibiotika er stort. Ca. 700 isolater som tidligere ikke har vært screenet for produksjon av bioaktive forbindelser, samt en gruppe av sjeldne actinomyceter vurdert som spesielt interessante basert på genetisk kartlegging (gjennomført før prosjektet) ble valgt ut til kultivering for produksjon av ekstrakter til screening. Isolatene ble dyrket ved en rekke forskjellige betingelser siden det er kjent at betingelsene isolatene kultiveres ved har stor betydning for produksjon av sekundærmetabolitter. Actiomyceter kan inneholde en rekke ulike genclustre for produksjon av sekundærmetabolitter og det er kjent at mange av disse ikke uttrykkes ved alle dyrkningsbetingelser. Ekstrakt fra isolatene er screenet mot utvalgte gram negative bakterier og 10 kreftcellelinjer fra National Cancer Institute i USA. Utvalgte ekstrakter er også screenet mot gram positive bakterier. Resultatet fra denne screeningen viste at totalt 426 bakterieisolat produserte forbindelser med aktivitet mot gram negative bakterier, 384 isolat viste aktivitet mot gram positive bakterier og 135 bakterieisolat viste aktivitet mot en eller flere kreftcellelinjer. Totalt omfattet den primære screeningen ca. 10.000 ekstrakter, og i størrelsesorden 650.000 ble analyser gjennomført. Positive funn i fra screeningen ble blitt fulgt opp med fraksjonering av utvalgte ekstrakter etterfulgt av avanserte analyser for å identifisere de kjemiske forbindelsene som forårsaker den biologiske effekten som observeres. Materiale fra alle isolater med påvist effekt mot kreftcellelinjer og materiale fra ca. 110 isolater med effekt mot gram negative bakterier har blitt karakterisert i detalj i prosjektet. Det er funnet flere "nye" kjemiske forbindelser med interessant effekt mot gram negative, gram positive bakterier eller kreftcellelinjer. Renset materiale av disse forbindelsene er testet i ren form for å verifisere effekten av forbindelsene mot utvalgte bakteriestammer og kreftcellelinjer i in vitro assay. Denne utvidede karakteriseringen har, som ventet, medført at en et betydelig antall isolater og forbindelser har blitt diskvalifisert (dvs. vurdert til ikke å ha tilstrekkelig potensial for å kunne bli utviklet til medisinsk bruk). Totalt har prosjektet frambrakt 2-3 forbindelser som vurderes til å ha potensial for videre utvikling. En av forbindelsene har sterk aktivitet mot kreftcellelinjer og 2 forbindelser har sterk aktivitet mot resistente gram positive bakterier, og to av disse har også aktivitet mot gram negative bakterier Marbileads vil i etterkant av prosjektet gjennomføre en fullstendig oppklaring av kjemisk struktur 3 av disse forbindelsene samt søke en patentbeskyttelse på disse forbindelsene. I prosjektet er det også fokusert spesielt på noen få forbindelser med aktivitet mot gram positive bakterier identifisert i tidligere prosjekter. Av disse er det spesielt en forbindelse, MBL-AB01, som har blitt gitt prioritet. MBL-AB01 har lav toksisitet mot celler in vitro, og en meget sterk aktivitet mot en rekke patogene gram positive bakterier. Strukturen til denne forbindelsen er oppklart ved hjelp av NMR ved RedGlead Discovery i Sverige. Aktiviteten av denne forbindelsen mot S. aureus i to in vivo modeller i mus er testet ved Statens Seruminstitutt i Danmark. I disse in vivo forsøkene er det ikke påvist aktivitet av forbindelsen mot S. aureus. Årsaken til dette ligger med stor sannsynlighet i at forbindelsen er relativt lite løselig, noe som medfører at forholdsvis lave doser har blitt gitt til musene. I tillegg bindes forbindelsen til proteiner i serum/blod. På grunn av den sterke aktiviteten in vitro ansees denne forbindelsen imidlertid fortsatt som svært interessant og det er innledet et samarbeid med et internasjonalt farmasiseskap for å utvikle formuleringer med forbindelsen egnet for medisinsk bruk og å dokumentere effekt av disse in vivo.

This project is a cooperation between NorBioLeads AS, a new bioprospecting company, and the R&D partners SINTEF, NTNU, MEDINA (Spain) and GINA (Russia). The basis for the project is a marine biobank, results and technologies developed in the biopropecting projects performed at SINTEF/NTNU in 2003-2009. The main objective in the projects is to isolate and characterize new antimicrobial and anticancer lead compounds with potential for development into human drugs by exploration of marine bacterial strains. The marine biobank consists of approximately 10000 strains (mainly actinomycetes) from the Trondheims fjord. Earlier partial characterization of the biobank reveals its significant potential for discovery of novel natural products with antimicrobial and a nticancer properties. From previous projects at SINTEF/NTNU we have available almost 100 isolates producing compounds active against multiresistant bacteria or cancer cells, representing an excellent starting point for this project. In addition to furthe r characterization of available hits, we will continue the search for new compounds in the biobank. This will be done by using refined cultivation and targeted screening technology. Important in this work will be a robust established pipeline for lead can didates including state of the art equipment for high throughput screening, production and purification, structure elucidation and in vivo and in vitro testing. The project will benefit from many years of targeted technology development at the R&D partne rs aiming at identifying, producing, evaluating and commercializing new biopharmaceutical processes and products. This project is in excellent compliance with the national strategy plan for marine bioprospecting; i)the basis is a nationally important bio bank; ii) the R&D focuses on technology development for efficient identification of valuable products from biobanks and iii) the results is the basis for establishment of a new national bioprospecting company.