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Tabakpflanze  als Arzneiproduzent
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Pflanzenbiotechnologie

Tabakpflanze als Arzneiproduzent

29.06.2016 - Potsdamer Max-Planck-Forscher um den Biologen Ralph Bock haben Tabakpflanzen biotechnisch so ausgerüstet, dass sie eine Vorstufe des Malariawirkstoffs Artemisinin in großer Menge herstellen können.

Artemisinin ist ein effektiver Killer – kein anderer Wirkstoff macht den Erregern der Tropenkrankheit Malaria im Blut von Patienten besser den Garaus. Doch Artemisinin ist chemisch gesehen eine hochkomplexe Substanz, die nur durch Biosynthese in lebenden Organismen wirtschaftlich gewonnen werden kann. Das natürlich vorkommende Artemisinin wird vom Wildkraut Artemisia annua, dem Einjährigen Beifuß, nur in geringen Mengen produziert. Die Entdeckung dieser Quelle wurde 2015 mit dem Medizin-Nobelpreis gewürdigt. Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie gelang es nun mit Hilfe einer neuen Methode, die Vorstufe des Artemisinins, die Artemisininsäure, in großen Mengen herzustellen. In der Fachzeitschrift Elife beschreiben sie, wie sie den entsprechenden Stoffwechselweg aus dem Einjährigen Beifuß in den Tabak einschleusten, eine Kulturpflanze mit hoher Blattmasseproduktion.

 Das Wissenschaftlerteam nennt seinen Ansatz der Artemisininsäure-Produktion in Tabak „COSTREL“, was für kombinatorische Supertransformation von transplastomischen Empfängerlinien steht. Hierfür werden in einem ersten Schritt die Gene für die wichtigsten Enzyme der Artemisininsynthese in das Erbgut der Chloroplasten der Tabakpflanze übertragen. Die besten dieser Pflanzen werden dann ausgewählt, um einen weiteren Satz an Genen einzufügen, nun allerdings direkt in den Zellkern der Pflanzen. So entsteht die fertige COSTREL-Linie. Die zusätzlichen Gene greifen in die Regulation des Stoffwechselwegs ein und sorgen dafür, dass die Synthese der Artemisininsäure noch einmal erhöht wird. „Die Artemisinin-Produktion im Einjährigen Beifuß findet in sogenannten Drüsenhaaren statt und fällt dadurch sehr gering aus. Die COSTREL-Tabaklinien dagegen können das Artemisinin in ihren Chloroplasten und somit im gesamten Blatt herstellen“, beschreibt die Erstautorin der Studie, Paulina Fuentes, einen der entscheidenden Vorteile der Tabakpflanze. „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. 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 kann.“ Allerdings reichen selbst diese überraschend hohen Produktionsmengen noch nicht aus, um den globalen Bedarf an preiswerten Malariamedikamenten zu decken. Die Studie bildet dennoch eine vielversprechende Grundlage für die günstigere Produktion des lebensrettenden Medikaments in landwirtschaftlichen Nutzpflanzen. Damit könnte in der Zukunft die aufwendige Nutzung der ursprünglichen Heilpflanze mit nur geringem Produktionspotential überflüssig werden.

© transkript.de/pg

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