Hyperpigmentierung: Natürliche Bakterienverbindung ermöglicht Hautaufhellung

Wissenschaftler identifizieren eine Verbindung, die das für die übermäßige Melaninbildung in der menschlichen Haut verantwortliche Enzym hemmen kann.

Melanin schützt die Haut vor den schädlichen Auswirkungen der ultravioletten (UV-)Strahlung. Wenn die Haut UV-Strahlung ausgesetzt ist, wird die Melaninproduktion in den Melanozyten angeregt, wobei die Tyrosinase eine Schlüsselrolle im Biosyntheseweg spielt. Störungen dieses Weges, die durch UV-Exposition oder Alterung verursacht werden, können jedoch zu einer übermäßigen Anhäufung von Melanin und damit zu einer Hyperpigmentierung führen. Aus diesem Grund sind Tyrosinase-Inhibitoren, die die Melaninsynthese unterdrücken, für die Kosmetikindustrie von großem Wert. Jedoch sind einige dieser Wirkstoffe, wie z. B. Hydrochinon, für die menschliche Haut giftig und verursachen Probleme wie Vitiligo-Symptome und Hautausschläge. Daher wird die Verwendung von Hydrochinon nicht mehr empfohlen.

Die steigende Nachfrage nach sichereren Alternativen hat einen Wettlauf um die Entdeckung von Tyrosinase-Hemmern aus Mikroben ausgelöst, die Verbindungen mit geringer Toxizität produzieren. Kürzlich entdeckten Forschende der Tokyo University of Science (TUS) einen vielversprechenden Tyrosinase-Hemmer aus Corynebacterium tuberculostearicum (C. tuberculostearicum), einem Bakterium, das häufig auf der menschlichen Haut vorkommt.

Die Studie, die von Assistenzprofessor Yuuki Furuyama geleitet wurde, wurde im International Journal of Molecular Sciences veröffentlicht. Die Co-Autoren Yuika Sekino und Prof. Kouji Kuramochi trugen zu den Ergebnissen bei. Furuyama erläuterte ihren Ansatz: „Bakterien, die sich auf unserer Haut ansiedeln und sich der Immunantwort entziehen, werden oft zu Mitbewohnern, die uns weder nützen noch schaden. Wir haben uns entschieden, die von diesen Kommensalen produzierten Stoffwechselprodukte auf ihr Potenzial als Tyrosinase-Hemmer zu untersuchen. Diese natürlichen, aus der Haut stammenden Produkte weisen eine geringe Toxizität auf, was sie von Natur aus sicherer macht.“

Nach dem Screening von mehr als 100 aus der Haut stammenden Bakterien identifizierte das Team C. tuberculostearicum als Produzent einer wirksamen Tyrosinase-inaktivierenden Verbindung. Zur Bestätigung der Hemmung verwendeten die Forschenden Tyrosinase aus dem Pilz Agaricus bisporus. In anschließenden Experimenten wurde die aktive Verbindung als Cyclo(L-Pro-L-Tyr) identifiziert. Die Forschenden führten dann dreidimensionale (3D) Docking-Simulationen durch, um die Funktionsweise von Cyclo(L-Pro-L-Tyr) zu klären.

„Unser Ziel war es zu verstehen, wie Cyclo(L-Pro-L-Tyr) die Tyrosinase-Aktivität stört“, erklärte Furuyama. „Bei der Melaninbiosynthese wandelt die Tyrosinase zunächst L-Tyrosin (L-Tyr) in Dihydroxyphenylalanin (DOPA)-Chinon um, das sich dann in DOPA-Chrom verwandelt. Letztendlich polymerisiert DOPA-Chrom und bildet Melanin. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Cyclo(L-Pro-L-Tyr) das L-Tyr imitiert und an die Substratbindungsstelle der Pilz-Tyrosinase bindet und diese blockiert. Diese Störung macht das Enzym inaktiv.“ Furuyama betonte die Bedeutung ihrer Entdeckung: „Unsere Studie ist die erste, die den Mechanismus eines Tyrosinase-Inhibitors aus einem Hautbakterium identifiziert und aufklärt.“

Das Team ist sehr optimistisch, was das Potenzial seiner Entdeckung angeht. Die wissenschaftliche Literatur belegt die Ungiftigkeit von Cyclo(L-Pro-L-Tyr) für menschliche Zellen, was seine Eignung als Hautprobiotikum zur Bekämpfung von Hyperpigmentierung unterstreicht. Darüber hinaus weist der Metabolit weitere vorteilhafte Eigenschaften wie antimikrobielle, antioxidative und krebsbekämpfende Aktivitäten auf, was sein therapeutisches Potenzial in verschiedenen Anwendungsbereichen weiter erhöht.

Von besonderem Interesse ist der Erfolg des Teams bei der Extraktion erheblicher Mengen von Cyclo(L-Pro-L-Tyr) aus C. tuberculostearicum, was den Weg für eine mögliche Produktion im industriellen Maßstab ebnet. Diese Fähigkeit ist von entscheidender Bedeutung, um die finanzielle Machbarkeit der Herstellung von Wirkstoffen in großem Maßstab zu gewährleisten.

Trotz der vielversprechenden Aussichten räumt Furuyama ein, dass es noch erhebliche Hürden zu überwinden gilt, bevor diese natürlichen Wirkstoffe in die Regale der Verbraucher gelangen können. Er betont, dass vor der breiten Einführung von Cyclo(L-Pro-L-Tyr) in Kosmetika umfangreiche Forschungsarbeiten erforderlich sind. „Bevor Cyclo(L-Pro-L-Tyr) auf breiter Basis eingesetzt werden kann, sind weitere Studien erforderlich. Tests mit menschlicher Tyrosinase, die sich strukturell von der Pilz-Tyrosinase unterscheidet, sind entscheidend. Detaillierte Analysen der Wirkungsmechanismen sind ebenfalls notwendig, um die Wirksamkeit und Sicherheit zu gewährleisten“, erklärt Furuyama.