Ein Team am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Hans-Knöll-Institut) in Jena konnte einen großen Erfolg verzeichnen: Sie schafften es, ein Verfahren zu entwickeln, um komplexe Amöben herzustellen, die auch Polyketide genannt werden. Dazu zählen verschiedene Antibiotika, sowie Olivetolsäure, die eine Vorstufe des pflanzlichen Wirkstoffs Tetrahydrocannabinol (THC) ist.
Warum ist diese Erfindung so wichtig?
Polyketide sind Naturprodukte mit vielfältigen therapeutischen Anwendungsmöglichkeiten. Unter anderem sind da Nahrungsergänzungsmittel, verschiedene Antibiotika und eine der wichtigsten Cannabinoid-Vorstufen: Olivetolsäure zu nennen. Diese Säure ist für die Herstellung von THC erforderlich.
Die psychoaktive Substanz THC wird bei Patienten eingesetzt, die an neurologischen Erkrankungen und an Schmerzen leiden. Weil die Notwendigkeit so groß ist, wird die medizinische Verwendung weiterhin intensiv erforscht. THC in seiner reinen Form aus der Fülle der Substanzen zu isolieren, ist jedoch sehr aufwändig. Außerdem ist die chemische Synthese von THC sehr teuer und der Ertrag nur sehr gering. Daher ist die Forschung, wie sich solche Pflanzenstoffe effizient biotechnologisch herstellen lassen, auch so wichtig.
Forschungsverlauf bis hin zur Olivetolsäure
Die Zuständigen der Forschung berichteten, dass zunächst Bakterien wie Escherichia coli oder die Hefe Saccharomyces cerevisiae verwendet wurde, die aber beide keine nativen Naturstoffproduzenten sind. Um damit die Herstellung in diesen klassischen Modellorganismen zu ermöglichen, sei eine Vielzahl von genetischen Veränderungen erforderlich, daher auch die Suche nach einer Alternative. Als vielversprechend zeichnete sich die Amöbe Dictyostelium discoideum aus, die zahlreiche Biosynthesegene für die Herstellung von Naturstoffen wie Polyketiden besitzt und große Ähnlichkeit mit pflanzlichen Biosynthesegenen hat.
Zunächst ließen die Forscher durch die Amöbe das Nahrungsergänzungsmittel Resveratrol, ebenfalls ein Polyketid, produzieren. Danach integrierten sie das pflanzliche Enzym, das die THC-Vorstufe Olivetolsäure produziert, in das Genom der Amöbe. Schlussendlich wäre noch die Zugabe von chemischen Vorläufern erforderlich, was das Team allerdings umgehen wollte. Dazu nutzten die Forscher die natürlichen Eigenschaften der Amöbe und kombinierten das Pflanzenenzym mit einem Amöbenenzym. Als Ergebnis zeigte sich, dass die Amöbe in der Lage ist, die benötigte Vorstufe von THC (Olivetolsäure), direkt vor Ort zu produzieren.
Fazit
Mit dem Forschungsergebnis hat das Team vom Leibniz-Institut bewiesen, dass die Amöbe Dictyostelium als biotechnologische Produktionsplattform für polyketidbasierte Naturstoffe genutzt werden kann.
Das Verfahren wurde bereits zum Patent angemeldet, mit dem Ziel, es laufend zu verbessern. Die Forscher möchten es nun mit der nächsten großen Hürde aufnehmen: Die beiden noch fehlenden Enzyme einzubauen, um das Endprodukt THC in den Amöben herstellen zu können.