Forschung

Wissenschaftler nutzen Tabak gegen Malaria

Malaria-Medikamente sind heiß begehrt. Die Massenproduktion dieser ist jedoch bisher sehr schwierig. Neue Forschungen in der Pflanzenbiotechnologie könnten dieses Problem lösen.

(Grafik: MPG, ©(Grafik: MPG, © Fuentes et al., eLife )

(Grafik: MPG, © Fuentes et al., eLife )

„Malaria ist eine verheerende tropische Krankheit, die nahezu eine halbe Million Menschen jedes Jahr das Leben kostet“, sagt Ralph Bock, Direktor der Abteilung Organellenbiologie, Biotechnologie und molekulare Ökophysiologie. In absehbarer Zukunft werde daher Artemisinin die wichtigste und stärkste Waffe im Kampf gegen Malaria sein.

Artemisinin ist der Hauptbestandteil von Malariamedikamenten. Der Stoff wird vom Wildkraut Artemisia annua (Einjähriger Beifuß) in sehr kleinen Mengen produziert. Aufgrund der aufwendigen Gewinnung aus einer ertragsarmen Heilpflanze ist es allerdings bisher zu teuer und somit kaum zugänglich für Patienten in ärmeren Ländern, so Bock. Nach längerer Forschungsarbeit ist Bock und seinem Team nun aber die Massenproduktion von Artemisinin gelungen.

Dabei gingen die Forscher zurück zum Vorläufer von Artemisinin: der Artemisininsäure. Dafür nahmen sie den Stoffwechselweg aus dem Wildkraut und setzen sie in der Tabakpflanze ein. Die Tabakpflanze ist im Gegensatz zur Artemisia annua eine Pflanze, die viel Blattmasse produziert. Das erlaubte es den Wissenschaftlern, deutlich größere Mengen an Artemisinin zu produzieren.

Um den Stoffwechselweg zu transferieren, wurden in einem ersten Schritt die Gene für die wichtigsten Enzyme der Artemisininsynthese in das Erbgut der Chloroplasten der Tabakpflanze übertragen, so die Wissenschaftler:

„Durch die Veränderung der Chloroplasten werden sogenannte transplastomische Pflanzen erzeugt. Die besten dieser Pflanzen wurden dann ausgewählt, um einen weiteren Satz an Genen einzufügen, nun allerdings direkt in den Zellkern der Pflanzen. Die zusätzlichen Gene greifen in die Regulation des Stoffwechselwegs ein und sorgen dafür, dass die Synthese der Artemisininsäure noch einmal erhöht wird.“

„Wir haben mehr als 600 Tabaklinien erzeugt, die mit unterschiedlichen Kombinationen der Gene des Artemisinin-Stoffwechsels ausgestattet sind, und diese hinsichtlich ihrer Menge an Artemisinin-Stoffwechselprodukten untersucht“, heißt es von Seiten der Erstautorin der Studie, Paulina Fuentes. „Wir konnten dadurch Tabaklinien identifizieren, die mit 120 Milligramm pro Kilogramm unerwartet hohe Mengen Artemisininsäure in ihren Blättern produzierten, welche in einer einfachen nachfolgenden chemischen Reaktion in Artemisinin umgewandelt werden können.“

Die Tabakpflanzen werden gern von Wissenschaftlern genutzt. 2012 arbeite Rainer Fischer, Inhaber des Lehrstuhls für Molekulare Biotechnologie der Rheinisch-Westfälische Technischen Hochschule (RWTH) Aachen und Leiter des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie an einer Nutzung für das HI-Virus. Eingebettet in das EU-Projekt „PharmaPlanta“ forschten Fischer und sein Team bereits seit 2004 an wichtigen Grundlagen für die Herstellung des Antikörpers in gentechnisch veränderten Pflanzen und Pflanzenzellen.

Hier diente die Tabakpflanze ebenfalls dem Molekular Farming. Den Pflanzen sollte Antikörper gegen das HI-Virus eingeschleust werden, um es mit der Tabakpflanze schneller produzieren zu können. „Das eingeschleuste Protein wird beim Wachsen der Pflanze automatisch mitproduziert“, so Fischer. Bei der Produktion werden die Blätter gewaschen, zerkleinert und anschließend mit einer Serie von vier bis fünf Filtrations- und Chromatographie-Schritten extrahiert.

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